DE60003570T2

DE60003570T2 - Vorrichtung für die direktreduktion von eisen

Info

Publication number: DE60003570T2
Application number: DE60003570T
Authority: DE
Inventors: Milorad Pavlicevic; Alfredo Poloni; Ljuban Milic
Original assignee: Danieli and C Officine Meccaniche SpA
Current assignee: Danieli and C Officine Meccaniche SpA
Priority date: 1999-09-06
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2020-09-06
Also published as: WO2001018258A1; EP1214455A1; BR0013796A; ATE243765T1; RU2247154C2; ITUD990156A1; ITUD990156A0; DE60003570D1; US6403022B1; MXPA02002414A; EP1214455B1; IT1310769B1; AU6718400A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Herstellung von Eisenmetall mittels einer direkten Reduktion von mineralischem Eisen, worin das Eisen in der Form von Oxiden vorhanden ist und wobei die Oxide direkt reduziert werden.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfasst einen Reaktor, der wenigstens teilweise wie ein kegelstumpfartiger Konus geformt ist und worin die verschiedenen Prozesse stattfinden, die zu der direkten Reduktion von den Eisenoxiden führen.
Das reduzierte Eisen kann aus dem Reaktor entweder heiß oder kalt herauskommen und anschließend zu einem Schmelzofen geschickt werden, um flüssigen Stahl herzustellen, oder es kann in heißes Barreneisen (HBI) umgewandelt werden, oder es kann ferner in eine Kühl- und Lagerzone transportiert werden. In Entsprechung mit einer oder mehrerer verschiedener langgestreckter Zonen, ist der Reaktor mit einer Leitung ausgestattet, die mit Düsen ausgerüstet ist, durch die ein reduzierendes Gas eingespeist wird.
Diese Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reduktionsreaktor eine sich mehrfach verjüngende Gestaltung aufweist, die in ihrem oberen Teil gegen wenigstens einen Winkel divergiert und die in ihrem unteren Teil gegen wenigstens einen Winkel konvergiert.
Auf dem Gebiet der Stahlproduktion ist die Verwendung von reduziertem Eisen (DRI) als ein Beschickungsmaterial für Schmelz- und Umwandlungsprozesse mehr und mehr üblich.
Der Prozess um reduziertes Eisen zu erhalten, erfordert es das mineralische Eisen mit einem Strom eines reduzierenden Gases in einer geeigneten Vorrichtung zur Reaktion zu bringen, die einen Reaktionsbehälter, den sogenannten Reaktor, umfasst, der hinsichtlich seiner Höhe wenigstens eine Zone definiert, in welcher der Reduktionsprozess stattfindet.
Die Vorrichtungen, die verwendet werden, sind im allgemeinen vom Schwerkraftstyp, also sogenannte Schacht-Typen, und weisen folgendes auf:

– einen zentralen Bereich mit einer im wesentlichen zylindrischen oder kegelstumpfartigen Form,
– eine zylindrische obere Zone zum Beschicken,
– eine untere Zone zum Abführen,
– Mittel zum Einspeisen eines reduzierenden Gases in einen oder mehrere Zonen von dem Reaktor, und
– Mittel, um einen Einlass des Gases in zumindest die obere Zone zu schaffen.

Um die Leistung des chemischen Prozesses zum Reduzieren der Eisenoxide zu optimieren, ist es notwendig innerhalb der Reduktionsvorrichtung, sowohl für die Beschickung von hinzugefügtem Mineral als auch von dem reduzierenden Gas, Bedingungen einer gleichförmigen Verteilung zu erzeugen.
In herkömmlichen, insbesondere großdimensionierten, Reaktoren beeinflusst der Fluss von reduzierendem Gas, das seitlich eingeführt wird, häufig die äußere Zone: dies führt in Entsprechung mit der zentralen Zone zu einer reduzierten Ausbeute der Reduktionsreaktionen.
Darüber hinaus werden in traditionellen Reaktoren in dem oberen Teil, insbesondere mit bestimmten Materialtypen, Materialverstopfungen erzeugt, und/oder das Material klebt an den Wänden, wenn das Material, das reduziert wird, in einen teilweise plastischen Zustand übergeht.
Wenn darüber hinaus die Einspeisung von dem Gasstrom in einer Reduktionszone des Reaktors stattfindet, wo der Durchmesser zu groß ist, bedingt dies eine geringe Wirksamkeit und deshalb eine geringe Ausbeute des Reduktionsprozesses.
Unregelmäßigkeiten in dem Fluss von Material und Gas innerhalb des Reaktors verursachen eine geringe Ausbeute bei dem Reduktionsprozess und beeinflussen die Produktivität der Vorrichtung negativ.
Der untere Teil von dem Reaktor, der nach unten konvergiert, hat üblicherweise eine konstante Schräge.
Mit dieser Gestaltung ist das Volumen von hindurchgeführtem Material sehr begrenzt und, um die Produktivität hoch zu halten, ist die Zeit, die das feste Material innerhalb des Reaktors verbleibt, auch begrenzt.
Deshalb wird dem Kohlenstoff (C) nicht die notwendige Zeit gegeben, um sich wirkungsvoll in die molekulare Struktur von dem Metall auszubreiten, und deshalb ist es nicht möglich, die gewünschte Verbindung von Fe und C zu erhalten, wie beispielsweise Fe₃C. Die DE-C-198 38 368 offenbart einen Reaktor für die direkte Reduktion von Eisenmaterial, der in seinem oberen Teil eine röhrenförmige innere Vorvakuumkammer aufweist, die in der Lage ist, die Charge von Material, das von oben in den Reaktor eingeführt ist, gleichförmig auszubreiten.
Diese Kammer hat die Funktion in dem oberen Teil von dem Reaktor die zentrale innere Zone, durch welche die Charge von Eisenmaterial in den Reaktor zugeführt wird, von der äußeren ringförmigen Zone, die leer ist und durch welche die Gase, die aus dem Inneren von dem Reaktor austreten, hindurchgeführt werden, zu trennen.
Diese Kammer hat keine Funktion eines Vorheizens oder eines Reduzierens der Eisenoxide, die der Reaktion zugeführt werden.
Die JP 610 99 612 A und die US 1 585 344 A offenbaren ähnliche Reaktoren, die einen oberen gleichförmig divergierenden Teil mit einem einfachen Divergenzwinkel aufweisen, der im wesentlichen die ganze Höhe von dem Reaktor abdeckt und haben einen kurzen unteren abschließenden konvergierenden Teil. Die gleichförmige Erweiterung des oberen divergierenden Teil, mit einem einfachen Divergenzwinkel, kann die innere Form von dem Reaktor nicht effektiv an die progressive Volumenserhöhung des Materials während der Reaktion Fe₂O₃ → Fe₃O₄ anpassen. In dem unteren konvergierenden Teil können Reaktionen eines Karburierens und Abkühlens von dem Material vor seinem Auslaß aus dem Reaktor selbst aufgrund der sehr geringen Höhe darüber hinaus nicht stattfinden.
Die US-S-4 725 309 und die US-A-4 374 585 offenbaren ähnliche Reaktoren, die einen oberen zylindrischen Teil, einen teilweise divergierenden Zwischenteil und einen unteren konvergierenden Teil aufweisen. Der divergierende Teil ist nur in dem Abschnitt vorgesehen, der dem Einlass von den Reduktionsgasen in den Reaktor zugeordnet ist, aber er hat eindeutig nicht die Funktion, eine bessere Verteilung der Beladung in dem Reaktor zu fördern, um das Verkleben des überhitzten Materials an den Wänden zu verhindern und die Form von dem oberen Teil des Reaktors an die Vergrößerung des Volumens des mineralischen Eisen während der Reaktion Fe₂O₃ → Fe₃O₄ anzupassen.
Der Anmelden hat diese Erfindung zum Beheben dieser Mängel erfunden und ausgeführt, um die Effizienz des Prozesses und die Qualität des erhaltenen Produkt zu verbessern. Die Vorrichtung zum Produzieren von Eisenmetall mittels der Direktreduktion von Eisenoxiden gemäß der Erfindung ist in dem Hauptanspruch dargelegt und gekennzeichnet, während die abhängigen Ansprüche andere innovative Merkmale der Erfindung beschreiben.
Die Reduktionsvorrichtung gemäß der Erfindung ist vom Schwerkraft- oder Schacht-Typ, wobei sowohl das Material als auch das Gas vorteilhafterweise kontinuierlich zugeführt werden, so dass ein vertikaler und ein Schwerkraftsfluss von dem Material erzeugt und die direkte Reduktion von dem Mineral erreicht wird.
Die Reduktionsvorrichtung gemäß der Erfindung ist mit Mitteln zum Zuführen des mineralischen Eisens und mit Mitteln zum Abführen des reduzierten Eisenmetalls ausgerüstet.
Die Vorrichtung ist auch mit Leitungen ausgerüstet, um das reduzierende Gas in Entsprechung mit einer oder mehrerer Zonen, die über die Höhe von dem Reaktor verteilt sind, einzuspeisen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Reduktionsvorrichtung zu erhalten, in der eine stabile und gleichförmige Verteilung von sowohl der Beschickung des Metalls als auch von dem reduzierenden Gas über das gesamte Volumen von mineralischem Eisen vorhanden ist, so dass eine hohe Produktivität, eine bessere Qualität von dem reduzierten Eisen und eine größere Menge von Kohlenstoff, möglicherweise als Fe₃C erhalten wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu erhalten, in der vermieden wird, dass sich das Beschickungsmaterial in Entsprechung mit dem oberen Teil des Reaktors ansammelt und blockiert, und welche Risiken vermeidet, dass überhitztes Material an den Wänden des Reaktors anklebt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den Abstieg des reduzierten Materials in den unteren Teil des Reaktors in Richtung des Auslasses aus dem Reaktor zu fördern und zu erleichtern und gleichzeitig die Effizienz der Einspeisung des Gases in die Zone zu verbessern und das für die Reaktion verfügbare Volumen zu erhöhen.
Gemäß der Erfindung umfasst die Reduktionsvorrichtung einen Reaktor, der durch eine erste obere Zone mit einer nach unten divergierenden Schräge und eine zweite untere Zone mit einer nach unten konvergierenden Schräge definiert ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite untere Zone durch wenigstens zwei Segmente definiert, die mit Konvergenzwinkeln ausgestattet sind, die voneinander unterschiedlich sind.
Die erste obere Zone definiert eine Heiz-, Vor-Reduktions- und End-Reduktions-Zone, wo Dank der Einführung von Strömen eines reduzierenden Gases in wenigstens eine Umfangszone, die folgenden Umwandlungsreaktionen erhalten werden: Fe₂O₃ → Fe₃O₄, Fe₃O₄ → FeO und FeO → Fe.
Die zweite untere Zone weist die Übergangszone und die Zone auf, wo das metallisierte Material karburiert bzw. aufgekohlt und gekühlt wird.
Gemäß einer Variante ist zwischen der divergierenden oberen Zone und der konvergierenden untere Zone ein im wesentlichen zylindrisches Separationssegment worin die Reduktionsreaktionen vervollständigt werden.
Die divergierende Gestaltung der ersten oberen Zone fördert eine bessere Verteilung der Beschickung innerhalb des Reaktors und eine bessere Verteilung des Gases über das gesamte innere Volumen.
Die bessere Verteilung der Beschickung und des Gases bewirkt eine höhere Wärmeausbeute der chemischen Reaktionen, die mit einer darausfolgenden Erhöhung der Produktivität schneller stattfinden können.
In dem höheren Teil des Reaktors fördert die abwärts divergierende Form den Materialfluss nach unten, wobei ein Anbacken bzw. Verkleben an den Wänden vermieden wird.
Während der Reaktion des Fe₂O₃ zu Fe₃O₄ erhöht das mineralische Eisen sein Volumen um einen Wert, der zwischen 15% und 30% variieren kann, gemäß den Bedingungen des Prozesses und der Art des Beschickungsmaterials.
Diese Volumenerhöhung bewirkt eine damit einhergehende Erhöhung des Drucks an den Peletts des eingeführten Materials, wobei das Risiko ihres Anbackens an den Wänden erhöht wird.
Die divergierende Gestaltung des Reaktors in seinem oberen Teil vergrößert das verfügbare Volumen, wenn das Material absteigt, vermeidet Blockierungen und ermöglicht es, dass das Volumen ungehindert ansteigt.
In den Randzonen wird des Weiteren von der Säule des Materials nicht länger Druck ausgeübt, was die Möglichkeiten eines Verklebens vermindert.
Gemäß der Erfindung beträgt der Öffnungswinkel des ersten divergierenden oberen Teils des Reaktors bezüglich der Vertikalen zwischen 1 Grad und 5 Grad, vorteilhafter Weise um etwa 3 Grad.
Der erste obere Teil hat gemäß der Erfindung eine Höhenausdehnung von zwischen etwa 1/4 und etwa 1/2 der Über-Alles-Höhe des Reaktors.
Der erste obere Teil hat eine Gestaltung, die durch zwei oder mehr aufeinanderfolgende Segmente mit verschiedenen Divergenzwinkeln bezüglich der Vertikalen definiert ist.
Die konvergierende Gestaltung des zweiten unteren Teils bewirkt einen Anstieg in der Effizienz der Einspeisung des Gases aufgrund der Verkleinerung des Durchmessers in dem Abschnitt des Reaktors, in dem das Gas eingeführt wird.
In dem unteren Teil des Reaktors fördert die abwärts konvergierende Form die Verminderung der Geschwindigkeit des Gases, wenn das Gas allmählich vom Boden aufwärts steigt.
Auf diese Weise steigt die Zeit, die für das Gas verfügbar ist, um die Reaktionen mit Blick auf die Aufkohlung zu vervollständigen an, so dass Kohlenstoff in der Form von Fe₃C erhalten wird – es gibt also mehr Zeit für das Gas, Wärme mit dem Material auszutauschen und auf diese Weise dem Gas zu ermöglichen abzukühlen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat die Schräge des unteren Teils des Reaktors zwei oder mehr Segmente mit einer stufenweise größeren Schräge.
Diese Ausführungsform ermöglicht es, die Form des Endsegments des Reaktors anzupassen, wenn die Temperatur des Materials variiert.
Wenn es allmählich innerhalb des Reaktors absteigt, kühlt das Material in der Tat ab, wodurch sich seine Tendenz an den Wänden anzukleben vermindert.
Auf diese Weise steigt das verfügbare Volumen in der unteren Zone des Reaktors an und die Bedingungen für eine Aufkohlung und Kühlung sind optimiert.
Darüber hinaus wird das reduzierte Material schneller und effizienter in Richtung der Auslaßzone und der Abführeinrichtung entladen.
Gemäß der Erfindung betragen die Konvergenzwinkel der zweiten unteren Zone zwischen 5 Grad und 20 Grad, vorteilhafterweise zwischen 8 Grad und 15 Grad bezüglich der Vertikalen.
Diese und andere Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen klarer, die als nicht beschränkende Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben werden, wobei:
1 einen schematischen Längsschnitt von einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung für die direkte Reduktion von Eisenoxiden gemäß der Erfindung zeigt;
2 eine andere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt, die einige Details der Gestaltung des Reaktor hervorhebt;
3a eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
3b die Vorrichtung gemäß 3a zeigt, wobei einige Details der Gestaltung des Reaktors hervorgehoben sind.
Der Bezug auf 1 umfasst eine Vorrichtung 11, für die direkte Reduktion von Eisenoxiden gemäß der Erfindung, einen Reaktor 10, der mit einer oberen Beschickungsöffnung 12 zum Zuführen von Material von oben ausgestattet ist, durch die das Mineral (Eisenoxide) in geeigneter Weise zuführbar ist und eine untere Öffnung 13 durch die das Eisen austritt.
Die inneren Wände des Reaktors 10 sind in herkömmlicher Weise insgesamt oder teilweise, wenigstens in dem oberen Teil, mit Feuerfestmaterial gefüttert.
Der Reaktor 10 ist in seinem oberen Teil mit einer Umfangsöffnung 20 versehen, durch die das Abgas austritt.
Die obere Beschickungsöffnung 12 des Reaktors 10 wirkt mit einer Vorrichtung 15 zum Einführen des mineralischen Eisens zusammen, die aus einer Mehrzahl von Zuführröh ren 14 besteht, die geeignet sind das Beschickungsmetallmaterial einheitlich über den gesamten Abschnitt des Reaktors 10 zu verteilen.
Die eisen-basierten Metalloxide werden in den Reaktor 10 in der Form von Pellets oder grobem Material geeigneter Größe zugeführt; das Eisen, dass darin enthalten ist, beträgt zwischen 63 Gew.-% und 68 Gew.-%.
Am Ende des Verfahrens, das die Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet, hat das Eisen, dass in dem reduzierten Material, das aus dem Reaktor 10 austritt, normalerweise einen Gewichtsanteil zwischen 80% und 90%.
Gemäß dem Hauptkennzeichen der Erfindung ist der Reaktor 10 in wenigstens eine erste obere Zone 10a, oder Reduktionszone, die kegelstumpfförmig abwärts divergierend und geformt ist, und eine zweite untere Zone 10b, oder Aufkohlungs- und Kühlungszone, geteilt, die kegelstumpfartig abwärts konvergierend und in Richtung der Auslassöffnung 13 geformt ist.
Die erste obere Zone 10a, die eine Höhe von zwischen etwa 1/4 und etwa 1/2 der Über-Alles-Höhe des Reaktors 10 ausmacht, wirkt mit wenigstens einer Zone 16 für die umfängliche Zuführung eines Stroms eines reduzierenden Gases zusammen.
Die Zuführungszone 16 kann von dem Typ sein, der schematisch mit dem Schnitt in 1 gezeigt ist, und kann eine Zuführleitung 18 umfassen, die mit einem ringförmigen bzw. umfänglichen Kollektor 17 verbunden ist, der mit einer Vielzahl von Öffnungen oder Düsen 19 zusammenwirkt, die geeignet sind den Gasstrom in das Volumen des Reaktors 10 hineinzufördern.
Das Reduktionsgas und die Anlage stromaufwärts von der Leitung 18 kann von jedem herkömmlichen Typ sein und wird hier deshalb nicht in weiteren Details beschrieben.
In der ersten oberen Zone 10a treten die Reaktionen zum Reduzieren des Metallmaterials mit fortschreitenden bzw. progressiven Umwandlungen von Fe₂O₃ in Fe₃O₄, von Fe₃O₄ in FeO und von FeO in Fe auf.
Das Gas, das in die verschiedenen Abschnitte des Reaktors 10 eingeleitet wurde, strömt aufwärts in die Richtung der Pfeile 22, die in 3a gezeigt sind und trifft die Eisenmineralien in der oberen Zone 10a, wobei die Reaktionen einer fortschreitenden Reduktion von den Eisenoxiden bewirkt werden.
Der obere Teil 10a des Reaktors 10 ist in den hier gezeigten Ausführungsformen durch drei aufeinanderfolgende Segmente 23a, 23b und 23c definiert, die durch geneigte Übergangssegmente 24a, 24b und 24c getrennt sind, die in Entsprechung mit den Gaseinleitungsabschnitten innerhalb des Reaktors 10 angeordnet sind.
Die Zusammenwirkung zwischen den Düsen 19 und den geneigten Segmenten 24a, 24b und 24c macht die Verteilung des Gases innerhalb des Reaktors 10 effektiver und gleichförmiger.
Die zwei oberen Segmente 23a und 23b divergieren zumindest leicht in Richtung der Außenseite, wobei sie Winkel α1 und α2 bezüglich der Vertikalen definieren.
Das dritte Segment 23c kann zylindrisch mit parallelen Wänden, leicht divergierenden oder selbst leicht abwärts konvergierend sein.
In einer ersten Ausführungsform sind die Winkel α1 und α2 gleich (2).
Gemäß einer Variante sind die Winkel α1 und α2 verschieden mit α1 > α2 (1).
Die divergierende obere Zone bewirkt ein größeres Reaktionsvolumen und deshalb größere Reaktionsgeschwindigkeiten und einen Anstieg hinsichtlich Ausbeute und Produktivität.
Das Risiko, dass plastiziertes Material an den Wänden anbackt, ist darüber hinaus vermindert, weil das Material besser abwärts strömt und ein geringerer Druck an den Pellets gegen die Wandzone des Reaktors 10 vorhanden ist.
Gemäß der Erfindung haben die Winkel α1 und α2 Werte von zwischen 1 Grad und 5 Grad.
Das reduzierte Material, das die obere Zone 10a verlässt, erreicht die untere Zone 10b, wo das Material aufgekohlt/gekühlt und anschließend in Richtung des Auslasses 13 des Reaktors 10 gesendet wird.
Gemäß den hier gezeigten Ausführungsformen der Erfindung ist die untere Zone 10b des Reaktors 10 abwärts konvergierend und in diesem Fall ist sie durch wenigstens zwei Segmente mit unterschiedlicher Konvergenz gekennzeichnet.
Genauer umfasst sie, wie in den 1 und 2 gezeigt, ein erstes Segment 25a, das durch einen ersten Winkel β1 bezüglich der Vertikalen und ein zweites Segment 25b, dass durch einen zweiten Winkel β2 bezüglich der Vertikalen definiert ist.
Das erste Segment 25a wirkt im wesentlichen als eine Durchgangszone l0c für das reduzierte Material, das sich in Richtung der Auslassöffnung 13 bewegt.
In dem zweiten Segment 25b, dass durch eine stärker akzentuierte abwärts gerichtete Konvergenz als derjenigen von dem ersten Segment (β1 < β2) gekennzeichnet ist, wird das reduzierte Material aufgekohlt und gekühlt.
In dem zweiten Segment 25b wird ein Kühlfluid umgewälzt, das mittels einer Einlassleitung 21a zugeführt und mittels einer Auslassleitung 21b abgeführt wird.
Die Winkel β1 und β2 gemäß der Erfindung liegen zwischen etwa 5 Grad und etwa 20 Grad, vorzugsweise zwischen etwa 8 Grad und 15 Grad; der Winkel β2 beträgt vorteilhafterweise etwa 12 Grad.
Die konvergierende Gestaltung der unteren Zone 10b des Reaktors 10 bietet Dank der fortschreitenden Verkleinerung des Durchmessers den wesentlichen Vorteil eines Anstiegs der Wirksamkeit der Einspeisung des Gases.
Darüber hinaus vermindert das Gas fortschreitend seine Geschwindigkeit, wenn es allmählich in Richtung des oberen Teils des Reaktors 10 strömt; dies führt zu einer länge ren Zeit, um die Reduktionsreaktionen zu vervollständigen und folglich zu einer verbesserten Effektivität.
Gemäß der weiteren Ausführungsform, die in 3a und 3b gezeigt ist, umfasst die untere Zone des Reaktors den ein drittes Segment 25c mit einer abwärts konvergierenden Gestaltung und einem Winkel β3, der größer als β2 ist.
Das dritte Segment 25c kommuniziert mit der Auslassöffnung 13 und seine stärker akzentuierte Schräge ermöglicht es das reduzierte Metallmaterial besser in Richtung der Auslassöffnung 13 zu leiten.
Darüber hinaus passt sich die fortschreitend größere Schräge des Reaktors 10, wenn das Material allmählich in Richtung der Auslassöffnung 13 voranschreitet, zu der fortschreitenden Abkühlung des Materials an, das auf diese Weise eine verminderte Tendenz hat an den Wänden zu kleben.
Mit dieser Gestaltung einer zweifachen oder dreifachen Konvergenz ist es möglich ein größeres Volumen in der Kühl- und Aufkohlzone zu erhalten und die Effektivität und die Leistung der Reaktionen zu optimieren.
Es ist offensichtlich, dass Änderungen und Hinzufügungen zu dieser Erfindung vorgenommen werden können, die jedoch innerhalb des Gebiets und Umfangs derselben verbleiben. Zum Beispiel können die obere Zone und die untere Zone durch drei, vier und mehr aufeinanderfolgende Segmente gekennzeichnet sein, die durch verschiedene Konvergenz- oder Divergenzwinkel im Sinne einer fortschreitenden vergrößerten Divergenz in dem oberen Teil des Reaktors 10 und einer fortschreitenden vergrößerten Konvergenz in dem unteren Teil gekennzeichnet sind.
Es können vier oder mehr Gaszuführungszonen vorgesehen sein, sowie auch zwei oder mehr Öffnungen für den Auslass des Abgases vorhanden sein können.
Der Reaktor 10 kann mit Mitteln zum Zuführen von Material verschiedenen Typs ausgestattet werden, z. B. kann er mit beweglichen Mitteln zum gleichförmigen Verteilen und/oder Bewegen des Materials ausgerüstet sein.
Der Kühlungskreis, der in dem unteren Teil enthalten ist, kann mehrere Einlässe und mehrere Auslässe aufweisen, die z. B. in verschiedenen Höhen angeordnet sind und er kann verschiedene Kühlbedingungen gemäß den Abschnitten des Reaktors, die durch die Kühlung betroffen sind, haben.

Claims

Vorrichtung zur Direktreduktion von Eisenoxid vom Schwerkraftbeschickungs-Typ, aufweisend: einen Reaktor, der in seinem oberen Teil mindestens eine Reduktionszone definiert, innerhalb derer die Reduktionsreaktion abläuft, Mittel (14, 15) zum Einführen der Beschickung durch eine Beschickungsöffnung (12) des Reaktors, Mittel (18, 17, 19) zur Einleitung eines Gasstromes in mindestens einen Abschnitt des Reaktors in Entsprechung zur Reduktionszone, Mittel (13) zum Abführen des reduzierten Materials vom Boden des Reaktors und Mittel (20) zum Ableiten von Abgas, wobei der Reaktor (10) mindestens eine erste obere Zone (10a) zum Erwärmen, zur Vor-Reduktion und zur End-Reduktion, mit einer nach unten divergierenden Schräge und eine zweite, untere Zone (10b) zur Aufkohlung und zum Abkühlen mit einer nach unten konvergierenden Schräge hat, wobei die nach unten divergierende Schräge benachbart zur Beschickungsöffnung (12) des Reaktors beginnt, die Höhenausdehnung der ersten, oberen Zone (10a) zwischen 1/4 und 1/2 der Höhe des Reaktors (10) liegt und die erste, obere Zone (10a) eine von der Beschickungsöffnung (12) ausgehende Gestaltung hat, die durch mindestens zwei aufeinander folgende Segmente (23a, 23b) bestimmt ist, welche einen unterschiedlichen Divergenzwinkel bezüglich der Vertikalen haben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel α der ersten, oberen Zone (10a) bezüglich der Vertikalen zwischen 1 und 5° liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel α der ersten, oberen Zone (10a) bezüglich der Vertikalen etwa 3° beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, obere Teil (10a) eine Gestaltung hat, welche durch drei aufeinander folgende Segmente (23a, 23b, 23c) bestimmt wird, die durch jeweils geneigte Segmente (24a, 24b, 24c) separiert sind, wobei mindestens die beiden oberen Segmente (23a, 23b) nach unten mit Divergenzwinkeln α1, α2 divergieren.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Segment zylindrisch ist mit parallelen Wandungen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Segment (23c) nach unten konvergiert.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die geneigten Segmente (24a, 24b, 24c) in Korrespondenz zu den Abschnitten angeordnet sind, in denen das Gas in den Reaktor (10) eingeleitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Zone (10b) mindestens ein erstes Segment (25a), welches nach unten mit einem Winkel β1 konvergiert, und ein zweites Segment (25b) hat, welches mit einem Winkel β2 konvergiert und sich an das erste Segment (25a) anschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass β1 < β2 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel β1, β2 zwischen 5 und 20° liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel β2 etwa 12° beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens das zweite Segment (25b) mit einem Kühlkreislauf zusammenwirkt, der mindestens eine Zufuhrleitung (21a) und eine Abfuhrleitung (21b) für die Kühlflüssigkeit aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Zone (10b) weiter mindestens ein drittes Segment (25c) aufweist, das dem Auslass (13) zugewandt ist und nach unten mit einem Winkel β3 konvergiert, wobei gilt: β1 < β2 < β3.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einleiten des Reduktionsgasstromes mindestens eine Zufuhrleitung (18) aufweisen, die mit einem um die Wandung des Reaktors (10) angeordneten ringförmigen Kollektor verbunden ist, der mit einer Mehrzahl von Öffnungen oder Düsen (19) zusammenwirkt, die zum Transport des Gasstromes in den Reaktor (10) geeignet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten, divergierenden, oberen Zone (10a) und der zweiten, konvergierenden, unteren Zone (10b) eine im Wesentlichen zylindrische Separationszone vorliegt.