DE3008445C2

DE3008445C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Reduzieren eines teilchenförmigen Erzes zu Metallpartikeln

Info

Publication number: DE3008445C2
Application number: DE3008445A
Authority: DE
Inventors: Jorge Octavio San Pedro Garze Garcia Becerra Novoa; Enrique Ramon Monterrey Martinez Vera
Original assignee: Hylsa S.A., Monterrey, N.L.
Priority date: 1979-04-23
Filing date: 1980-03-05
Publication date: 1987-03-19
Also published as: JPS5744732B2; ES489753A0; ES8105395A1; AR218580A1; DE3008445A1; US4216011A; MX154949A; JPS55141507A; CA1143574A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren eines teilchenförmigen Metallerzes zu Metallpartikeln in einem Reaktionsgefäß mit vertikalem Schacht und sich bewegendem Bett, mit einer primären Reduktionszone in dem oberen Abschnitt, in welchem Erz durch ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsgas reduziert und aufgekohlt wird, und mit einer Kühlzone in dem unteren Abschnitt des Reaktionsgefäßes.
Die Herstellung von Eisenschwamm in einem Reaktionsgefäß mit vertikalem Schacht und sich bewegendem Bett umfaßt zwei prinzipielle Stufen, nämlich die Reduktion des Erzes mit einem geeigneten heißen Reduktionsgas in einer Reduktionszone des Reaktionsgefäßes und danach ein abschliessendes Kühlen des sich ergebenden Eisenschwammes mit einem gasförmigen Kühlmittel in einer Kühlzone des Reaktionsgefäßes. Das Reduktionsgas ist ein Gas, das größtenteils aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff bei Temperaturen in dem Bereich von 850° bis 1100°C, vorzugsweise 900° bis 1000°C zusammengesetzt ist. Das heiße Reduktionsgas wird dem unteren Bereich der Reduktionszone eingegeben und strömt aufwärts durch das Reaktionsgefäß, um das Metallerz zu reduzieren. Bei bekannten Verfahren wird das Kühlen des Eisenschwammes dadurch bewirkt, daß ein Teil des Reduktionsgases bei relativ geringer Temperatur aufwärts durch die Kühlzone des Reaktionsgefäße geführt wird, so daß die Temperatur des Reduktionsgases erhöht und die Temperatur des Eisenschwammes herabgesetzt wird.
Das Eisenschwammprodukt wird normalerweise als Charge oder Teil der Charge für einen Elektrostahlofen verwendet. Für diesen Verwendungszweck ist ein Aufkohlen des Eisenschwammes erwünscht. Ein Aufkohlen des metalltragenden Materials in der Reduktionszone wird erreicht, wenn ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsgas darüber geleitet wird. Das Produkt des Aufkohlungsprozesses ist primär Eisenkarbid (Fe₃C), in welchem der Kohlenstoff in besonders geeigneter Form zwecks Reaktion mit restlichem Eisenoxid (FeO) vorliegt, um Eisenschwamm mit höherer Metallisierung zu erzeugen.
Die erforderliche Mühe, um einen gegebenen Metallisierungsgrad zu erreichen, nimmt relativ schnell zu, wenn sich die Metallisierung 100% nähert. Eine Metallisierung bis zu ungefähr 85% kann recht leicht erhalten werden, aber um höhere Metallisierungen bis zu 95 bis 98% zu erreichen, muß die Verweilzeit des metalltragenden Materials in der Reduktionszone erhöht werden, und es müssen höhere Gastemperaturen angewandt werden. Wenn die Verweilzeit in einer gegebenen Reaktorgröße erhöht wird, fällt dessen Produktivität ab. Da weiterhin das Abgas aus der Reduktionszone gekühlt und entwässert werden muß, bevor es wiedererhitzt und in Umlauf gebracht wird, ergibt die Forderung, daß das eingeführte Reduktionsgas auf höherer Temperatur sein muß, größere Wärmeverluste. Weiterhin besteht, wenn höhere Temperaturen verwendet werden, die Gefahr, daß die Eisenpartikel sintern und somit ein Strömen des teilchenförmigen Materials durch das Reaktionsgefäß stören.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demzufolge darin, ein Reaktionsgefäß mit sich bewegendem Bett zu schaffen, welches hochmetallisierten Eisenschwamm mit geringem Kohlenstoffgehalt ohne entsprechende Erhöhung der Verweilzeit in dem Reaktionsgefäß erzeugt, woraus sich eine Herabsetzung der Produktionsgeschwindigkeit ergeben würde.
Eisenschwamm mit einer hohen Metallisierung und geringem Kohlenstoffgehalt kann nicht nur in dem herkömmlichen Elektrostahlofen verwendet werden, sondern auch zum Herstellen von Stahl in Kupolöfen und als Rohmaterial bei der Herstellung von Eisenpulvern. Das Eisenpulver hat eine Vielzahl wichtiger Anwendungsgebiete einschließlich Verwendung bei der Herstellung von Automobil- und Maschinenteilen, Schweißelektroden, Teilen elektrischer Anlagen und in der Medizin.
Während eine Festphasenreaktion zwischen Eisenkarbid und restlichem Eisenoxid in der US-PS 37 88 835 erläutert ist, ist dort weder die Anwendung dieser Reaktion in einem Reaktionsgefäß mit sich bewegendem Bett für die direkte Reduktion von Erz zum Erzeugen von Eisenschwamm noch die Verwendung eines inerten Gases erläutert. In der US-PS 37 88 835 ist ein Wirbelbett-Reaktor beschrieben, der sich von einem Reaktionsgefäß mit sich bewegendem Bett beträchtlich unterscheidet.
In der DE-AS 26 22 349 ist eine Vorrichtung zur Reduktion von Eisenerzen erläutert, mit einem vertikalen Schacht, mit einer Reduktionszone im oberen Abschnitt des Schachtes, in dem stückiges Erz mittels eines kohlenstoffhaltigen Reduktionsgases reduziert und aufgekohlt wird, und mit einer Kühlzone im unteren Abschnitt. Die bekannte Vorrichtung weist auch Einrichtungen zum Zuführen von erhitztem Reduktionsgas zu dem Reaktionsgefäß in der Nähe des Bodens der Reduktionszone sowie Einrichtungen zum Zuführen von Kühlgas in der Nähe des Bodens der Kühlzone auf (vgl. Fig. 1 bis 3 sowie die zugehörige Beschreibung der DE-AS 26 22 349).
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 schematisch eine Anlage zum Herstellen von Eisenschwamm, die ein Reaktionsgefäß mit vertikalem Schacht umfaßt, welches eine sekundäre Reduktionszone zwischen der Reduktionszone und der Kühlzone aufweist,
Fig. 2 eine Anlage ähnlich Fig. 1, wobei die brennbaren Komponenten des Gasstromes, welcher die sekundäre Reduktionszone verläßt, in einer Verbrennungskammer verbrannt und dann so behandelt werden, daß Kohlendioxid entfernt wird,
Fig. 3 eine Anlage ähnlich Fig. 2, wobei der Gasstrom, der zu dem Reaktionsgefäß zurückgeführt wird, in Wärmeaustauschbeziehung mit dem Gasstrom geleitet wird, welcher die sekundäre Reduktionszone verläßt.
Unter Bezugnahme insbesondere auf Fig. 1 ist ein Reaktionsgefäß 10 mit vertikalem Schacht und sich bewegendem Bett gezeigt, welches eine primäre Reduktionszone in seinem oberen Abschnitt, eine Kühlzone 16 in seinem unteren Abschnitt und eine sekundäre Reduktionszone 14 aufweist, welche zwischen der primären Reduktionszone und der Kühlzone angeordnet ist. Das Reaktionsgefäß 10 ist wärmeisoliert und innen mit einem feuerfesten Material ausgekleidet.
Das teilchenförmige Erz, welches zu behandeln ist, wird in das Reaktionsgefäß 10 über eine Chargierleitung 18 eingegeben. Das in das Reaktionsgefäß eingegebene Erz kann entweder stückig oder in Form von vorgeformten Pellets oder Gemischen hieraus vorliegen. In der Nähe des unteren Abschnittes der primären Reduktionszone 12 ist das Reaktionsgefäß mit einer ringförmigen Luftkammer 22 versehen, die sich um den Umfang des Reaktionsgefäßes erstreckt und eine Einrichtung schafft, so daß Reduktionsgas dem Reaktionsgefäß zugeführt werden kann. Weiterhin ist ein vertikales Ablenkblech 23 vorgesehen, das zusammen mit der Wand des Reaktionsgefäßes die ringförmige Luftkammer 22 begrenzt. Das Erz bewegt sich abwärts durch die primäre Reduktionszone, wo es größtenteils zu Eisenschwamm durch aufwärts strömendes Reduktionsgas reduziert wird. Dampf kann in die primäre Reduktionszone durch ein Einlaßrohr 19 mit einer Geschwindigkeit eingegeben werden, die von einem Strömungsregler 20 gesteuert wird, wobei es dann durch Berieselungsteile 21 strömt, um das Aufkohlen des metallhaltigen Erzes zu steuern.
Das größtenteils reduzierte Erz, welches die primäre Reduktionszone 12 verläßt und in die sekundäre Reduktionszone 14 eintritt, besteht im wesentlichen aus elementarem Eisen, Eisenkarbid und Restmengen Eisenoxid. In der Nähe des unteren Abschnittes der sekundären Reduktionszone 14 ist eine weitere ringförmige Luftkammer 30 ähnlich der Luftkammer 22 vorgesehen, durch welche im wesentlichen inertes Gas in das Reaktionsgefäß geführt werden kann. Ein kegelstumpfförmiges Ablenkblech 28 bildet zusammen mit der Wand des Reaktionsgefäßes die ringförmige Luftkammer 30.
Das teilweise reduzierte Erz, das sich abwärts durch die sekundäre Rduktionszone 14 bewegt, wird einer weiteren Reduktion in einer inerten Gasatmosphäre ausgesetzt. Inertes Gas kann der sekundären Reduktionszone 14 entweder direkt durch ein Rohr 66 oder es kann inertes Gas zugegeben werden, welches aufwärts von der Kühlzone 16 strömt. Das in der primären Reduktionszone 12 erzeugte Eisenkarbid wird das restliche Eisenoxid in dem Erz weiter reduzieren, welches in die sekundäre Reduktionszone 14 eintritt. Das restliche Eisenoxid wird durch eine Festphasenreaktion mit dem Eisenkarbid reduziert. Die Festphasenreaktion schafft ebenfalls Kohlenmonoxid, das aufwärts durch die sekundäre Reduktionszone 14 strömt und das Reaktionsgefäß durch die ringförmige Luftkammer 26 verläßt. Diese Luftkammer 26 und das kegelstumpfförmige Ablenkblech 24 sind ähnlich der ringförmigen Luftkammer 30 und ähnlich dem Ablenkblech 28 ausgebildet.
Als Ergebnis der weiteren Reduktion in der sekundären Reduktionszone wird das diese Zone verlassende Erz, welches in die Kühlzone 16 eintritt, weitgehend metallisiert und weist einen geringen Kohlenstoffgehalt auf. In der Nähe des unteren Abschnittes der Kühlzone 16 ist eine weitere ringförmige Luftkammer 38 vorgesehen, durch welche überwiegend inertes Kühlgas in das Reaktionsgefäß zugegeben wird. Ein kegelstumpfförmiges Ablenkblech 36 ist ebenfalls ähnlich dem Ablenkblech 28 angeordnet. Der Eisenschwamm strömt abwärts durch die Kühlzone 16, in welcher er durch das dadurch strömende Kühlgas gekühlt wird und verläßt das Reaktionsgefäß durch eine Auslaßleitung 39.
Frisches Reduktionsgas, das größtenteils aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff zusammengesetzt ist, tritt in die Anlage (von einer nicht gezeigten geeigneten Quelle) durch eine Leitung 45 mit einer Geschwindigkeit ein, die von einem Strömungsregler 46 gesteuert wird. Das Reduktionsgas kann beispielsweise durch Teilverbrennung von Kraftstoffen, durch Kohlevergasung oder durch katalytisches Weiterbilden von Kohlenwasserstoffen und Dampf erzeugt werden. Andere bekannte Arten von Reduktionsgas wie beispielsweise Koksofengas können anstelle von reformiertem natürlichem Gas oder einer der vorstehend erwähnten Reduktionsgasquellen verwendet werden.
In die Anlage durch die Leitung 45 eintretendes Gas strömt in das Rohr 49 und dann zu einer Heizspule 40 eines Erhitzers 42, wo es auf eine Temperatur von ungefähr 750° bis 1100°C, vorzugsweise 850° bis 950°C erhitzt wird. Das heiße Gas tritt aus dem Erhitzer 42 durch ein Rohr 44 aus und strömt in die ringförmige Luftkammer 22. Das Gas strömt durch diese Luftkammer 22 und in das Reaktionsgefäß in der Nähe des unteren Abschnittes der primären Reduktionszone 12. Bei Eintritt in das Reaktionsgefäß strömt das Gas aufwärts durch die primäre Reduktionszone, bewirkt dort eine teilweise Reduktion des Erzes und wird in der Nähe des Oberteiles des Reaktionsgefäßes durch einen Entleerungsanschluß 47 und ein Rohr 48 entfernt.
Das das Reaktionsgefäß durch das Rohr 48 verlassende Gas tritt in einen Kühler 50 ein, in welchem Wasser durch ein Rohr 51 eingegeben wird, um das Gas zu kühlen und Wasser aus dem Gas zu entfernen. Das Gas tritt aus dem Kühler 50 durch ein Rohr 52 und strömt in ein Rohr 53, das mit der Saugseite einer Pumpe 56 in Verbindung steht. Das zur Pumpe 56 strömende Gas wird durch ein Rohr 57 abgelassen, vereinigt sich mit frischem Reduktionsgas aus dem Rohr 45 und wird dann wieder in dem Reaktionsgefäß durch das Rohr 49, den Erhitzer 42, das Rohr 44 und die ringförmige Luft 22 in Umlauf gebracht. Ein Teil des durch das Rohr 52 strömenden Gases kann durch das Rohr 55 zu einem (nicht gezeigten) Verwendungspunkt strömen. Das Rohr 55 ist mit einem Rückdruckregler 54 versehen, welcher einen einstellbaren Fixpunkt hat, so daß er eingestellt werden kann, um den gewünschten positiven und konstanten Druck in dem System aufrecht zu erhalten, um die Wirksamkeit des Reaktionsgefäßes 10 zu verbessern.
Unter Bezugnahme auf den rechten Teil der Fig. 1 kann inertes Zusatzgas, vorzugsweise Stickstoff, durch ein Rohr 64 mit einer Geschwindigkeit gespeist werden, die von dem Strömungsregler 65 gesteuert wird. Durch das Rohr 64 in die Anlage eintretendes inertes Gas wird geteilt; ein Teil strömt durch ein Rohr 66 zu einer inerten Gasleitung, welche die sekundäre Reduktionszone mit inertem Gas speist, während der andere Teil durch ein Rohr 68, welches einen Strömungsregler 69 aufweist, zu einer Kühlgasschleife der Anlage strömt. Insbesondere strömt das inerte Gas durch das Rohr 66 in ein Rohr 70 und dann in die Saugseite der Pumpe 72. Das Gas wird dann von der Pumpe 72 über das Rohr 74 und in eine Heizspule 76 in einem Erhitzer 78 gegeben. Das Gas, welches in den Erhitzer 78 eintritt, wird auf eine Temperatur oberhalb 500°C, vorzugsweise in dem Bereich von 600 bis 900°C erhitzt. Das erhitzte Gas tritt aus dem Erhitzer 78 aus und strömt durch ein Rohr 80 in die ringförmige Luftkammer 30, über welche es dann in das Reaktionsgefäß in der Nähe des unteren Abschnittes der sekundären Reduktionszone 14 eintritt.
Das inerte heiße Gas, welches in die sekundäre Reduktionszone eintritt, schafft eine günstige Bedingung für die weitere Reduktion des restlichen Eisenoxids in dem Erz.
Wenn das Eisenoxid durch das Eisenkarbid mittels der Festphasenreaktion reduziert ist, wird ebenfalls Kohlenmonoxid gebildet. Dieses Kohlenmonoxid und das inerte Gas strömen aufwärts durch die sekundäre Reduktionszone 14 zu der ringförmigen Luftkammer 26, durch welche sie aus dem Reaktionsgefäß austreten. Der kombinierte Gasstrom verläßt das Reaktionsgefäß über das Rohr 82 und tritt in einen Kühler 84 ein, in welchen Wasser durch ein Rohr 86 eingegeben wird, um das Abgas zu kühlen. Das Gas tritt aus dem Kühler 84 über ein Rohr 88 und ein Rohr 89 aus, wonach er sich mit dem inerten Zusatzgas aus dem Rohr 66 vereinigt, um in das Rohr 70 und dann in die Saugseite der Pumpe 72 einzutreten. Dieser kombinierte Gasstrom wird dann durch das Rohr 74, den Erhitzer 78, das Rohr 80 und die ringförmige Luftkammer 30 wieder in Umlauf gebracht und tritt in die sekundäre Reduktionszone 14 ein. Ein Teil des durch das Rohr 88 strömenden Gases kann durch ein Rohr 91 zu einem Abzugsrohr oder zu einem anderen geeigneten Ablagerungspunkt (nicht gezeigt) strömen. Das Rohr 91 ist mit einem Rückdruckregler 90 versehen, welcher einen einstellbaren Fixpunkt aufweist, so daß er eingestellt werden kann, um einen gewünschten wirksamen und konstanten Druck in der sekundären Reduktionszone aufrechtzuerhalten.
Das Gas strömt durch den Strömungsweg einschließlich der primären Reduktionszone, und der die sekundäre Reduktionszone einschließende Strömungsweg kann unabhängig gesteuert werden, um so jede Verunreinigung des Reduktionsgases durch das inerte Gas und umgekehrt auf ein Minimum herabzusetzen, wie dies in der US-PS 37 65 872 beschrieben ist.
Ein Teil des durch das Rohr 64 eintretenden inerten Zusatzgases strömt ebenfalls durch das Rohr 68 zu der Kühlschleife. Das Gas strömt aus dem Rohr 68 in ein Rohr 92 und dann zu der Saugseite einer Pumpe 94. Das Kühlgas wird von der Pumpe 94 durch ein Rohr 96 abgeführt und tritt in die Kühlzone 16 des Reaktionsgefäßes über die Luftkammer 38 ein. Das inerte Kühlgas strömt aufwärts durch die Kühlzone 16 und kühlt dabei den sich durch das Reaktionsgefäß abwärts bewegenden Eisenschwamm.
Das Kühlgas verläßt das Reaktionsgefäß durch die ringförmige Luftkammer 34 und ein Rohr 98 und strömt in einen Kühler 100, in den Wasser durch ein Rohr 102 eingegeben wird, um das Abgas zu kühlen. Das Gas tritt aus dem Kühler 100 über ein Rohr 104 aus, vereinigt sich mit inertem Zusatzgas aus dem Rohr 68 und wird dann über das Rohr 92, die Pumpe 94, das Rohr 96 und die Kammer 38 dem unteren Bereich der Kühlzone 16 des Reaktionsgefäßes wieder zugeführt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist die gezeigte Anlage weitgehend ähnlich der nach Fig. 1, so daß lediglich die Unterschiede zwischen den beiden Anlagen erläutert werden. In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei welcher eine Verbrennungskammer und eine Einrichtung zum Entfernen von Kohlendioxid aus dem Gasstrom vorgesehen sind, welcher die sekundäre Reduktionszone verläßt.
Nach Fig. 2 umfaßt ein Reaktionsgefäß 210 eine primäre Reduktionszone 212, eine sekundäre Reduktionszone 214 und eine Kühlzone 216 ähnlich den Zonen 12, 14 und 16 in Fig. 1. Das Reduktionsgas wird in das Reaktionsgefäß über eine ringförmige Luftkammer 222 eingeführt, die ähnlich der Luftkammer 22 ausgebildet ist, und es verläßt das Reaktionsgefäß über einen Auslaß 247. Das Erz wird dem Reaktionsgefäß über einen Einlaß 218 zugegeben und bewegt sich abwärts durch die primäre Reduktionszone 212, wo es teilweise von dem heißen Reduktionsgas reduziert wird, das sich durch die primäre Reduktionszone 212 aufwärts bewegt. Diese Reduktion in der primären Reduktionszone 212 ist ähnlich der nach Fig. 1, und das sie verlassende und in die sekundäre Reduktionszone 214 eintretende Erz besteht im wesentlichen aus elementarem Eisen, Eisenkarbid und Restmengen Eisenoxid.
Das Erz in der sekundären Reduktionszone 214 wird weiter durch die Festphasenreaktion von Eisenkarbid und Eisenoxid in einer inerten Gasatmosphäre wie in Fig. 1 reduziert. Das im wesentlichen inerte Gas tritt in das Reaktionsgefäß durch eine ringförmige Luftkammer 230 ein, welche ähnlich der Luftkammer 30 ist, und es strömt aufwärts durch die sekundäre Reduktionszone, wo durch Reduktion des restlichen Eisenoxids Kohlenmonoxid gebildet wird. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 erläutert ist, kann das inerte Gas der sekundären Reduktionszone 214 entweder direkt über ein Rohr 280 oder durch inertes Gas zugegeben werden, das von der Kühlzone 216 aufwärts strömt. Jedoch unterscheidet sich das Reaktionsgefäß 210 von dem Reaktionsgefäß 10 darin, daß die Entfernung des Abgases durch eine ringförmige Luftkammer 400 bewirkt wird, die mit der Verbrennungskammer 402 verbunden ist, anstatt durch die ringförmige Luftkammer 26 in das Rohr 82, wie dies bei dem Reaktionsgefäß 10 der Fall ist.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 arbeitet, um kohlenstoffhaltige Gase aus dem Strömungsweg des inerten Gases zu entfernen, so daß im wesentlichen inertes Gas zu der sekundären Reduktionszone 214 zurückgeführt werden kann. Wenn einmal die kohlenstoffhaltigen Gase entfernt sind, besteht keine weitere Notwendigkeit, kontinuierlich die inerte Gas-Schleife mit inertem Zusatzgas zu speisen. Um die kohlenstoffhaltigen Gase zu entfernen, wird das Kohlenmonoxid, das durch die Festphasen-Reduktionsreaktion in der sekundären Reduktionszone 214 gebildet ist, verbrannt und somit in Kohlendioxid in der Verbrennungskammer 402 umgewandelt.
Der Gasstrom aus Kohlenmonoxid und inertem Gas, der sich aufwärts durch die sekundäre Reduktionszone bewegt, verläßt das Reaktionsgefäß 210 durch eine ringförmige Luftkammer 400 und tritt in eine Verbrennungskammer 402 ein. Luft wird der Verbrennungskammer 402 durch ein Einlaßrohr 404 zugeführt, welches einen Strömungsregler 405 aufweist. Das in die Verbrennungskammer eintretende Gas wird verbrannt, um Kohlendioxid zusätzlich zu dem inerten Gas zu bilden, welches durch das System zirkuliert.
Das Gasgemisch wird aus der Verbrennungskammer 402 in das Rohr 406 und dann in einen Kühler 408 geführt. Wasser wird in den Kühler 408 über ein Rohr 410 geleitet, um das Gas zu kühlen. Das Gas tritt aus dem Kühler 408 und strömt durch ein Rohr 412 in einen Kohlendioxid-Absorber 414. Das Kohlendioxid in dem Gasstrom, der in den Absorber 414 eintritt, wird durch ein bekanntes Verfahren entfernt, und das den Absorber 414 durch das Rohr 418 verlassende Gas enthält lediglich geringe Mengen an Kohlendioxid.
Dieses Gas, welches nun im wesentlichen inert ist, strömt durch Rohre 418 und 420 und der Verbindung der Rohre 270 und 266. Ein Teil des Gases strömt durch ein Rohr 266 und dann zu dem Kühlsystem, wie es in Fig. 1 erläutert ist. Ein anderer Teil des Gases strömt durch ein Rohr 270 zu der Saugseite der Pumpe 272 und wird dann zurück zu der sekundären Reduktionszone 214 des Reaktionsgefäßes geführt, wie dies ebenfalls in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben ist. Das Gas strömt durch ein Rohr 274, eine Heizspule 276 in einen Erhitzer 278, ein Rohr 280 und die Kammer 230, wenn es dem Reaktionsgefäß 210 wieder zugeführt wird.
Während des normalen Betriebes wird ein Teil des Gases, welches durch die sekundäre Reduktionsschleife zirkuliert, zu der Kühlschleife über das Rohr 266 überführt. Wenn keine äußere Quelle an inertem Gas verfügbar ist, kann dann Gas zu der Kühlschleife aus der sekundären Reduktionsschleife sowohl extern durch Rohre 420 und 266 oder intern durch das Reaktionsgefäß geführt werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist die dort gezeigte Anlage in den meisten Beziehungen ähnlich derjenigen nach Fig. 2. Nach Fig. 3 wird eine Verbrennungskammer wie in Fig. 2 verwendet, jedoch mit dem zusätzlichen Merkmal, daß das Abgas aus der sekundären Reduktionszone im Wärmeaustausch mit dem Gas geführt wird, das zurück zu dem Reaktionsgefäß gebracht wird.
Das die sekundäre Reduktionszone 314 verlassende Gas besteht aus Kohlenmonoxid, das bei der Reduktion von restlichem Eisenoxid durch Eisenkarbid gebildet ist und inertem Gas, welches durch die inerte Gasschleife zirkuliert. Der Gasstrom verläßt das Reaktionsgefäß durch eine ringförmige Luftkammer 500 und tritt in eine Verbrennungskammer 502, die ähnlich der Verbrennungskammer 402 nach Fig. 2 ist. Luft wird der Verbrennungskammer 502 durch ein Einlaßrohr 504 zugegeben, und das in diese Kammer eintretende Gas wird verbrannt. Das Gas verläßt die Verbrennungskammer 502 durch ein Rohr 508 und wird durch einen Kühler und einen Kohlendioxid-Absorber geleitet, wie dies in Fig. 2 erläutert ist. Um eine bessere Wärmewirksamkeit in der Anlage zu erzielen, kann die in der Verbrennungskammer 502 erzeugte Hitze verwendet werden, um das im wesentlichen inerte Gas zu erhitzen, das zurück zu der sekundären Reduktionszone geführt wird. Nachdem Kohlendioxid aus dem Gas entfernt ist, welches die Verbrennungskammer verläßt, wird das Gas durch eine Heizspule 506 in der Verbrennungskammer 502 zirkuliert. Es ist erkennbar, daß durch Verwendung der Heizspule 506 die von dem Erhitzer 378 gelieferte Hitze um einen Betrag vermindert wird, der von dem Kreislaufgas absorbiert ist, das durch die Verbrennungskammer im Wärmeaustausch mit dem Abgas aus dem Reaktionsgefäß geleitet wird, und die gewünschte Gastemperatur von 500°C kann noch erreicht werden. Diese Betriebsart ergibt eine verbesserte Wärmenutzung. In allen anderen Aspekten ist die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform ähnlich derjenigen nach Fig. 1 und 2.
Es lassen sich zweckmäßige Abänderungen der erläuterten Ausführungsformen durchführen. Beispielsweise braucht bei der Ausführungsform nach Fig. 3, bei welcher das inerte Gas im Wärmeaustausch mit dem Abgas aus der sekundären Reduktionszone geleitet wird, nicht das Entfernen von Kohlendioxid einzuschließen. Inertes Zusatzgas kann sowohl der Gasschleife und der Kühlschleife zugegeben werden, um so eine gewünschte inerte Gasatmosphäre in der sekundären Reduktionszone beizubehalten, so daß die Reduktion von restlichem Eisenoxid unterstützt wird.
Das Verfahren und die Vorrichtung können auch bei der Reduktion von Erzen, beispielsweise Nickel-, Kupfer- und Zinnerzen verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zum Reduzieren eines teilchenförmigen Metallerzes zu Metallpartikeln in einem Reaktionsgefäß mit vertikalem Schacht und sich bewegendem Bett, mit einer primären Reduktionszone in dem oberen Abschnitt, in welchem Erz durch ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsgas reduziert und aufgekohlt wird, und mit einer Kühlzone in dem unteren Abschnitt des Reaktionsgefäßes, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Strom von im wesentlichen inertem Gas auf eine erhöhte Temperatur erhitzt wird, daß dieser heiße Gasstrom einer sekundären Reduktionszone zwischen der primären Reduktionszone und der Kühlzone nahe dem unteren Ende der sekundären Reduktionszone zugeführt wird, daß nahe dem oberen Ende der sekundären Reduktionszone ein zweiter Gasstrom entfernt wird, welcher das inerte Gas und ein Reduktionsgas umfaßt, welches in der sekundären Reduktionszone gebildet wird, und daß dieser zweite Strom gekühlt und zu der sekundären Reduktionszone als der erste Strom zurückgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gasstrom auf eine Temperatur von 600° bis 900° erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das reduzierte Erz in der Kühlzone durch Zirkulieren eines inerten Kühlgases durch eine Kühlschleife und durch Führen eines Teiles des inerten Gases aus dem zweiten Gasstrom zu der Kühlschleife gekühlt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Gas im wesentlichen aus Stickstoff besteht.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gasstrom mit Luft gemischt wird, um die reduzierenden Komponenten des zweiten Gasstromes zu verbrennen und einen dritten Gasstrom zu bilden, und daß der dritte Gasstrom gekühlt und nach Entfernen von Kohlendioxid zu der sekundären Reduktionszone als erster Strom wieder in Umlauf gebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gasstrom erhitzt wird, indem er in Wärmeaustauschbeziehung mit dem dritten Strom strömt, bevor dieser dritte Strom gekühlt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des dritten Gasstromes zu der Kühlschleife überführt wird.

8. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, mit einem Reaktionsgefäß mit vertikalem Schacht, das eine primäre Reduktionszone in dem oberen Abschnitt, in welchem stückiges Metallerz mittels eines kohlenstoffhaltigen Reduktionsgases reduziert und aufgekohlt wird und eine Kühlzone in dem unteren Abschnitt umfaßt, um das reduzierte Erz zu kühlen, mit einer Einrichtung zum Zuführen von erhitztem Reduktionsgas zu dem Reaktionsgefäß in der Nähe des Bodens der primären Reduktionszone, und mit einer Einrichtung zum Zuführen von Kühlgas zu dem Reaktionsgefäß in der Nähe des Bodens der Kühlzone, gekennzeichnet durch eine sekundäre Reduktionszone, die zwischen der primären Reduktionszone und der Kühlzone vorgesehen ist, durch eine äußere Leitung, die mit einem Ende in der Nähe des Bodens der sekundären Reduktionszone und mit ihrem anderen Ende in der Nähe des oberen Teiles der sekundären Reduktionszone angeschlossen ist, wobei die äußere Leitung und die sekundäre Reduktionszone eine Gasströmungsschleife bilden, durch eine Quelle in inertem Zusatzgas zum Zuführen dieses Gases zu der äußeren Leitung, durch eine Heizeinrichtung in der Schleife zum Erhitzen des in das Reaktionsgefäß eintretenden Gases und durch eine Pumpeinrichtung in der Schleife, um das Gas dadurch zirkulieren zu lassen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Leitung eine Verbrennungskammer und eine Einrichtung zum Zuführen von Luft zu der Verbrennungskammer einschließt, um darin vorhandenes Kohlenmonoxid zu verbrennen, um Kohlendioxid zu bilden und um Stickstoff in die äußere Gasschleife einzuführen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Leitung eine Einrichtung zum Strömen des in das Reaktionsgefäß eintretenden Gases im Wärmeaustausch mit dem Gas einschließt, welches durch die Verbrennungskammer strömt.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Leitung eine Einrichtung zum Entfernen von Kohlendioxid aus dem die Verbrennungskammer verlassenden Gas einschließt.