DE60021064T2

DE60021064T2 - Wirbelbettreduktionsreaktor für das Reduzieren von feinem Eisenerz und das Zuführen des reduzierten Erzes zu einem Schmelzvergaser

Info

Publication number: DE60021064T2
Application number: DE60021064T
Authority: DE
Inventors: Myoung-Kyun Shin; Jun-Hyuk Lee; Sun-Kwang Jeong; Nag-Joon Choi; Hang-Goo Kim; Heung-Won Kang
Original assignee: Research Institute of Industrial Science and Technology RIST; Pohang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Posco Co Ltd; Research Institute of Industrial Science and Technology RIST
Priority date: 1999-11-04
Filing date: 2000-11-03
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2020-11-04
Also published as: BR0007280A; EP1163375B1; JP3506690B2; AU1420001A; CA2358425C; DE60021064D1; UA70348C2; CA2358425A1; ATE298806T1; EP1163375A1; WO2001032941A1; US6736876B1; RU2218418C2; AU755507B2; JP2003514108A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schmelzreduktionssystem, insbesondere einen Wirbelbettreaktor, der einem Schmelzvergaser reduziertes Eisen zuführt.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Allgemein ist häufig ein Hochofen verwendet worden, um durch Reduzieren und Schmelzen eines Eisenerzes eine Eisenschmelze herzustellen. Jedoch bringt der Hochofen einen Nachteil mit sich insofern, als die Beschickungsmaterialien eine Vorbehandlung durchlaufen sollten, um die Form von Sintereisenerz oder Koks zu haben.
Um ein solches Problem zu lösen, ist eine Wirbelbettreduktionstechnik mit der unmittelbaren Verwendung von feinem Eisenerz und Kohle ohne Vorbehandlung entwickelt worden. Das US-Patent Nr. 4978378 oder WO-A-9713879 offenbart eine solche Technik auf eine typische Weise.
Die darin offenbarte Wirbelbettreduktionstechnik beruht allgemein auf einem Schmelzvergaser und einem Wirbelbettreduktionsreaktor. Der Schmelzvergaser vergast die in denselben beschickte Kohle, um ein Reduziergas herzustellen, und schmilzt das vom Wirbelbettreduktionsreaktor zugeführte reduzierte Eisen. Der Wirbelbettreduktionsreaktor benutzt das vom Schmelzvergaser erzeugte Gas, um ein Eisenerz auf indirekte Weise zu reduzieren. Der Wirbelbettreduktionsreaktor wird mit einem Vorwärmofen zum Vorwärmen des in denselben beschickten Eisenerzes, einem Vorreduzierofen zum Reduzieren des vom Vorwärmofen zugeführten Eisenerzes und einem abschließenden Reduzierofen versehen.
Im Betrieb wird ein Eisenerz in den Vorwärmofen beschickt und in demselben erwärmt. Danach wird das Eisenerz reduziert, während es durch den Vorreduzierofen und den abschließenden Reduzierofen hindurchgeht. Das vom Schmelzvergaser erzeugte Reduziergas wird aufeinanderfolgend in den abschließenden Reduzierofen, den Vorreduzierofen und den Vorwärmofen strömen gelassen. Es ist leicht zu erkennen, daß die Strömungsrichtung des Reduziergases derjenigen des Eisenerzes unmittelbar entgegengesetzt ist. Das reduzierte Eisenerz wird kontinuierlich dem Schmelzvergaser, wo ein Niederschlag an Kohle gebildet wird, zugeführt und am Niederschlag geschmolzen, um dadurch eine Eisenschmelze herzustellen.
Der Wirbelbettreduktionsreaktor kann entsprechend einem Berührungszustand zwischen dem Eisenerz und dem Reduziergas in demselben in einen Bewegtbett-Typ und einen Wirbelbett-Typ eingeteilt werden. In Anbetracht dessen, daß das zu reduzierende Eisenerz feine Teilchen mit einer breiten Größenverteilung hat, ist zu erkennen, daß der Wirbelbett-Typ wirksam zur Verwendung beim Reduzieren des feinen Eisenerzes einzusetzen ist. Der Wirbelbett-Typ bezieht sich auf die Technik, bei der das Gegenstrom-Reduziergas einer an der Unterseite jedes Reduzierofens als Gasverteiler bereitgestellten Verteilerplatte zugeführt wird und das in denselben beschickte Eisenerz reduziert, während es die von der Oberseite herabfallenden feinen Erzteilchen fluktuieren läßt.
Da der Wirbelbettreduktionsofen durch Mischen der Eisenerzteilchen mit dem Gegenstrom-Reduziergas in demselben ein Wirbelbett bildet, hängt die Produktivität in hohem Maße von dem Strömungszustand des feinen Eisenerzes längs der in Reihe angeordneten Öfen und dem Zufuhrzustand des Gegenstrom-Reduziergases ab.
Im einzelnen können, wenn das Reduziergas, das eine große Menge an Staub enthält, durch die Düse jeder Verteilerplatte hindurchgeht, sich die Staubbestandteile allmählich dort ansammeln. Im Ergebnis dessen fallen die nicht fluidisierten Eisenerzteilchen auf die Unterseite und verstopfen die Düse. Falls die Düse der Verteilerplatte verstopft wird, wird der Strom des Reduziergases an der Düse blockiert, während die Betriebsbedingungen auf eine ernste Weise verschlechtert werden.
Inzwischen wird am Schmelzvergaser Rohkohle verbrannt und vergast, um Reduziergas zu erzeugen, und das sich ergebende Reduziergas wird in Abhängigkeit von dem Gehalt und den Fördergebieten der Rohkohle und den Betriebsbedingungen unterschieden. Es ist bemerkt worden, daß die radikale Schwankung in der Menge des Reduziergaserzeugnisses bis zu 20–30% der Durchschnittsmenge erreichen kann. Eine solche, für einen außerordentlich kurzen Zeitraum auftretende, radikale Schwankung wird üblicherweise „Druckspitze" genannt.
Wenn in dem Wirbelbettreduktionsverfahren eine solche Druckspitze auftritt, nimmt die Menge an Hochtemperatur-Reduziergas, das den jeweiligen Wirbelbettreduktionsöfen zugeführt wird, innerhalb einer kurzen Zeit radikal zu und nimmt wieder radikal ab.
Wenn die Menge an Hochtemperatur-Reduziergas beim Auftreten einer Druckspitze radikal zunimmt, nimmt die Menge an Reduziergas, die den jeweiligen Reduktionsöfen sowie den Gaszufuhrleitungen, welche die Öfen miteinander verbinden, zugeführt wird, ebenfalls zu. Demzufolge strömt die große Menge an Reduziergas mit einer hohen Geschwindigkeit längs der Leitungen, während sie den Gegenstrom-Eisenerzfluß blockiert. In einem ernsten Fall kann der Eisenerzfluß in der entgegengesetzten Richtung weitergehen. Eine solche Blockade des Eisenerzflusses wird für eine verhältnismäßig lange Zeit aufrechterhalten, selbst nachdem die Druckspitze abgeklungen ist. Dies verschlechtert die Betriebsbedingungen am Wirbelbettreduktionsreaktor und verursacht ernsthaften Geräteausfall.
Außerdem nimmt, falls die Menge an Hochtemperatur-Reduziergas mit dem Auftreten einer Druckspitze radikal abnimmt, die Strömungsgeschwindigkeit des Reduziergases ebenfalls radikal ab, so daß das Eisenerzwirbelbett in jedem Ofen zeitweilig unterbrochen werden kann. Wenn das Wirbelbett unterbrochen wird, sammeln sich die aus dem Wirbelbett herausgebrochenen Eisenerzteilchen allmählich auf der an der Unterseite des Ofens angebrachten Verteilerplatte, während sie die Verteilerdüse verstopfen.
Wie oben beschrieben, ist es zum Herstellen flüssiger Betriebsbedingungen in dem Wirbelbettreduktionsreaktor notwendig, daß das Reduziergas demselben gleichmäßig mit einer vorher festgelegten Geschwindigkeit zugeführt werden sollte, während das Wirbelbett auf eine stabile Weise hergestellt wird.
Bei dem herkömmlichen Wirbelbettreduktionsreaktor sind jedoch technische Schwierigkeiten damit verbunden, eine Blockade des Stroms des Reduziergases oder des Eisenerzes oder das Unterbrechen des Wirbelbetts zu verhindern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Wirbelbettreduktionsreaktor bereitzustellen, der den Strom von Eisenerz und Reduziergas auf eine stabile Weise aufrechterhalten kann.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Wirbelbettreduktionsreaktor bereitzustellen, der ein normales Wirbelbett bilden kann, während er den flüssigen Strom von Eisenerz sichert.
Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Unterbrechungsverhinderungseinheit für das Wirbelbett bereitzustellen, die eine zeitweilige Unterbrechung des Wirbelbetts mit einer Abnahme beim Reduziergas verhindern kann.
Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Eisenerzstrom-Blockadeverhinderungseinheit bereitzustellen, die eine Blockade des Eisenerzflusses beim Auftreten einer Druckspitze verhindern kann.
Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Stickstoffgas-Zufuhreinheit bereitzustellen, die der Unterseite jedes Wirbelbettreduktionsofens durch Erfassen des Druckunterschieds und der Temperaturveränderung in demselben Stickstoffgas zuführen kann.
Diese und andere Ziele können durch einen Wirbelbettreduktionsreaktor für das Reduzieren von feinem Eisenerz und das Zuführen des reduzierten Eisenerzes zu einem Schmelzvergaser erreicht werden, wie er in Anspruch 1 definiert wird. Der Wirbelbettreduktionsreaktor schließt wenigstens zwei oder mehr Wirbelbettöfen ein, die das beschickte feine Eisenerz auf eine aufeinanderfolgende Weise vorwärmen, vorreduzieren und schließlich mit einem vom Schmelzvergaser zugeführten Reduziergas reduzieren. Ein Gaswäscher empfängt über ein Abgasrohr ein Abgas vom abschließenden Reduzierofen, kühlt das Abgas und wäscht in dem Abgas enthaltene feine Teilchen aus. Wenigstens zwei oder mehr Eisenerzauslaßrohre verbinden die Wirbelbettöfen miteinander und verbinden den abschließenden Reduzierofen und den Schmelzvergaser miteinander, um das beschickte Eisenerz zu dem nachfolgenden Ofen oder dem Schmelzvergaser ausströmen zu lassen. Wenigstens zwei oder mehr Reduziergaszufuhrrohre verbinden die Wirbelbettöfen miteinander und verbinden den abschließenden Reduzierofen und den Schmelzvergaser miteinander, um das vom Schmelzvergaser erzeugte Reduziergas jedem Wirbelbettofen zuzuführen. Eine Wirbelbettstabilisierungseinheit stabilisiert das Wirbelbett, wenn das Wirbelbett in jedem Wirbelbettofen auf Grund der instabilen Zufuhr des Reduziergases von der Unterseite unterbrochen wird.
Die Wirbelbettstabilisierungseinheit schließt eine Abgaszufuhreinheit ein. Die Abgaszufuhreinheit führt zu dem Zeitpunkt, an dem der Druck des Reduziergases innerhalb der Wirbelbettreduzieröfen mit dem Auftreten einer Druckspitze radikal abfällt, das Abgas dem Reduziergaszufuhrrohr zu, das den Schmelzvergaser und die Wirbelbettreduzieröfen miteinander verbindet.
Die Wirbelbettstabilisierungseinheit kann außerdem eine Eisenerzstrom-Blockadeverhinderungseinheit einschließen. Die Eisenerzstrom-Blockadeverhinderungseinheit leitet zu dem Zeitpunkt, an dem der Innendruck des Schmelzvergasers mit dem Auftreten einer Druckspitze radikal abfällt, etwas von dem Reduziergas von jedem zwischen den benachbarten Öfen angeordneten Eisenerzauslaßrohr unmittelbar zum Gaswäscher um.
Die Wirbelbettstabilisierungseinheit kann außerdem eine Reservegaszufuhreinheit einschließen. Die Reservegaszufuhreinheit führt der Unterseite jedes Wirbelbettreduzierofens ein Reservestickstoffgas zu, wenn eine Düse einer Verteilerplatte, die an der Unterseite des Wirbelbettreduzierofens bereitgestellt wird, verstopft ist.
Die Bestandteile der Wirbelbettstabilisierungseinheit werden in einer gesonderten Weise oder in einer kombinatorischen Weise bereitgestellt.
Um das Wirbelbett in jedem Wirbelbettofen zu stabilisieren, wird jedes Eisenerzauslaßrohr, das die benachbarten Öfen miteinander verbindet, in einer anfänglichen Betriebsphase unterbrochen. Durch Einblasen des Reduziergases in den Ofen von der Unterseite und Beschicken des feinen Eisenerzes in den Ofen von oben wird innerhalb jedes Wirbelbettofens ein Wirbelbett gebildet. Das Wirbelbett wächst in der Höhe derart, daß der höchste Abschnitt des Wirbelbetts in der gleichen Ebene angeordnet wird wie der Einlaß des entsprechenden Eisenerzauslaßrohres. Das Eisenerzauslaßrohr wird allmählich geöffnet, nachdem das Wirbelbett stabilisiert ist.
Im Fall einer Unterbrechung des Wirbelbetts wird die Wirbelbettstabilisierungseinheit betätigt, um das unterbrochene Wirbelbett wiederherzustellen und zu stabilisieren.
Auf diese Weise kann der Wirbelbettreduktionsreaktor über eine lange Zeit auf eine stabile Weise betrieben werden, was die Produktivität bedeutsam steigert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung und viele der damit verbundenen Vorzüge derselben werden leicht offensichtlich, da dieselbe besser verständlich wird unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung, betrachtet in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche Bauteile anzeigen, wobei:
1 eine schematische Ansicht eines Wirbelbetreduktionsreaktors mit einer Wirbelbett-Unterbrechnungsverhinderungseinheit nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
2 eine Draufsicht einer Abgaszufuhrdüse für die in 1 gezeigte Wirbelbett-Unterbrechnungsverhinderungseinheit ist,
3 eine schematische Ansicht einer Eisenerzstrom-Blockadeverhinderungseinheit für den in 1 gezeigten Wirbelbettreduktionsreaktor ist,
4 eine schematische Ansicht einer Reservegaszufuhreinheit für den in 1 gezeigten Wirbelbettreduktionsreaktor ist,
5 eine graphische Darstellung ist, die Veränderungen im Reduziergasstrom mit der in 1 gezeigten Wirbelbett-Unterbrechnungsverhinderungseinheit oder ohne dieselbe illustriert,
6 eine graphische Darstellung ist, die den Druckunterschied vorn und hinten an einem Eisenerzauslaßrohr für den in 1 gezeigten Wirbelbetreduktionsreaktor beim Auftreten einer Druckspitze illustriert, und
7 eine graphische Darstellung ist, die den Druckunterschied vorn und hinten an einem Eisenerzauslaßrohr für den in 1 gezeigten Wirbelbettreduktionsreaktor illustriert, nachdem die Eisenerzstrom-Blockadeverhinderungseinheit betätigt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung erläutert.
1 illustriert einen Wirbelbettreduktionsreaktor für ein Schmelzreduktionssystem nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 gezeigt, schließt das Schmelzreduktionssystem einen Schmelzvergaser 1, in den Kohle und reduziertes Eisenerz beschickt werden, um eine Eisenschmelze zu erzeugen, einen Wirbelbettreduktionsreaktor 100 zum indirekten Reduzieren von feinem Eisenerz und eine Wirbelbettstabilisierungseinheit ein. Die Wirbelbettstabilisierungseinheit kann mit einer Wirbelbett-Unterbrechungsverhinderungseinheit, einer Eisenerzstrom-Blockadeverhinderungseinheit und einer Reservegaszufuhreinheit geformt werden und wird später detailliert beschrieben.
Der Wirbelbettreduktionsreaktor 100 schließt einen Vorwärmofen 40, einen Vorreduzierofen 30, einen abschließenden Reduzierofen 20 und ein erstes und ein zweites Eisenerzauslaßrohr 43 und 33, welche die Öfen 20, 30 und 40 miteinander verbinden, ein. Die Öfen 40, 30 und 20 werden in Reihe von oben nach unten angeordnet. Feines Eisenerz wird kontinuierlich bei Umgebungstemperatur in den Vorwärmofen 40 beschickt und geht nacheinander durch den Vorreduzierofen 30 und den abschließenden Reduzierofen 20, während es das Hochtemperatur-Reduziergas berührt. In diesem Verfahren wird das feine Eisenerz zu 90% oder mehr reduziert und dem Schmelzvergaser 1 zugeführt.
Kohle wird kontinuierlich von oben in den Schmelzvergaser beschickt und bildet darin einen Kohleniederschlag bei einer vorher festgelegten Höhe. Wenn der Kohlegehalt des Kohleniederschlags in der Gegenwart von Hochtemperatur-Sauerstoffgas, das von oben eingeblasen wird, verbrannt wird, wird darin Hochtemperatur-Reduziergas erzeugt und dem abschließenden Reduzierofen 20 zugeführt.
Inzwischen führt, wenn im Vorgang des Erzeugens des Hochtemperatur-Reduziergases am Schmelzvergaser 1 eine Druckspitze auftritt, während der Innendruck radikal abfällt, die Wirbelbett-Unterbrechnungsverhinderungseinheit nach der vorliegenden Erfindung dem Wirbelbettreduktionsreaktor 100 in Luftverbindung mit dem Schmelzvergaser 1 ein Abgas zu. Das heißt, die Wirbelbett-Unterbrechungsverhinderungseinheit sammelt das aus dem Vorwärmofen ausgestoßene Gas und führt das gesammelte Abgas einem Reduziergaszufuhrrohr 7 zu, das den Schmelzvergaser 1 und den abschließenden Reduzierofen 20 miteinander verbindet.
Wie in 1 gezeigt, schließt die Wirbelbett-Unterbrechungsverhinderungseinheit ein Abgasleitrohr 2a, bereitgestellt an der Rückseite eines Wassergaswäschers 50 derart, daß es etwas von dem Abgas ablenken kann, einen Kompressor 2 für das Komprimieren des gesammelten Abgases, einen Druckgasspeicherbehälter 3 für das Speichern des komprimierten Abgases, ein Regelventil 5 für das Regeln des Drucks des komprimierten Gases, eine Düse 6 für das Zuführen des druckgeregelten Gases zum abschließenden Reduzierofen 20 und ein Abgaszufuhrrohr 4 ein, das die jeweiligen Bauteile miteinander verbindet.
Der Druckgasspeicherbehälter 3 hat ein Volumen, das in der Lage ist, 20 bis 30% der Durchschnittsmenge des vom Schmelzvergaser 1 erzeugten Reduziergases zu speichern. Außerdem wird der Druckgasspeicherbehälter 3 mit einer Vielzahl von Druckregelschaltern 7a und 7b versehen, um den Innendruck des Behälters 3 1,5 bis 2 mal größer zu erhalten als der an den Schmelzvergaser 1 angelegte Druck.
Das Druckregelventil 5, das an dem Abgaszufuhrrohr 4 bereitgestellt wird, das den Druckgasspeicherbehälter 3 und die Düse 6 miteinander verbindet, regelt nach Empfang von Signalen von einem Prozeßrechner 9 den Strom des Abgases längs des Abgaszufuhrrohres 4.
Wie in 2 gezeigt, wird die Druckgaszufuhrdüse 6 am Reduziergaszufuhrrohr 7 bereitgestellt, das den Schmelzvergaser 1 und den abschließenden Reduzierofen 20 miteinander verbindet. Um das Abgas in den Innenraum 8 des Reduziergaszufuhrrohres 7 einzublasen, wird die Druckgaszufuhrdüse 6 mit einem kreisförmigen Rohrabschnitt, der das Reduziergaszufuhrrohr 7 außen umschließt, und einer Vielzahl von linearen Rohrabschnitten 6a versehen, die vom kreisförmigen Rohrabschnitt abzweigen, während sie durch das Reduziergaszufuhrrohr 7 zum Innenraum 8 desselben hindurchgehen. Die Zahl der abgezweigten linearen Rohrabschnitte 6a der Druckgaszufuhrdüse 6 wird vorzugsweise so festgelegt, daß sie sechs (6) bis acht (8) beträgt.
Wenn das Reduziergas aus dem Schmelzvergaser 1 durch den Innenraum 8 des Reduziergaszufuhrrohrs 7 dem abschließenden Reduzierofen 20 zugeführt wird, führt die wie oben strukturierte Gaszufuhrdüse 6 dem abschließenden Reduzierofen 20 ebenfalls das komprimierte Gas aus dem Druckgasspeicherbehälter 3 zu.
Es wird nun die Betriebsweise der Wirbelbett-Unterbrechungsverhinderungseinheit beschrieben.
Das vom Schmelzvergaser 1 erzeugte Hochtemperatur-Reduziergas wird hauptsächlich dem abschließenden Reduzierofen 20 zugeführt und geht nacheinander durch den Vorreduzierofen 30 und den Vorwärmofen 40, während es das beschickte feine Eisenerz reduziert. Danach wird das Reduziergas über den Wassergaswäscher 50 ausgestoßen.
Das Abgas wird teilweise über das an der Rückseite des Wassergaswäschers 50 bereitgestellte Abgasleitrohr 2a dem Kompressor 2 zugeführt und dort komprimiert. Das komprimierte Gas wird im Druckgasspeicherbehälter 3 gespeichert. Zu diesem Zeitpunkt werden die zwei Druckregelschalter 7a und 7b synchron mit dem Kompressor 2 betätigt derart, daß der Innendruck des Gasspeicherbehälters 3 konstant gehalten werden kann.
Inzwischen wird der Druck des vom Schmelzvergaser 1 erzeugten Reduziergases auf eine kontinuierliche Weise durch einen Drucksensor 1a gemessen. Der am Drucksensor 1a gemessene Druckwert wird zum Prozeßrechner 9 übertragen. Der Prozeßrechner 9 berechnet die Druckveränderungsgeschwindigkeit in jedem Ofen und erfaßt das Auftreten einer Druckspitze, wenn der berechnete Wert 0,05 bar/s beträgt.
Wenn der Prozeßrechner 9 das Auftreten einer Druckspitze erfaßt, öffnet das am Druckgaszufuhrrohr 4 bereitgestellte Druckregelventil 5, und das komprimierte Gas wird auf eine gleichmäßige Weise dem abschließenden Reduzierofen 20 zugeführt.
Das Einblasen des komprimierten Gases wird vorzugsweise an einem Zeitpunkt vorgenommen, wenn der Innendruck des Schmelzvergasers 1 mit dem Auftreten einer Druckspitze radikal zunimmt und wieder radikal abnimmt. Das Einblasen des komprimierten Gases wird durch Unterbrechen des Druckregelventils 5 blockiert, wenn die Druckveränderungsgeschwindigkeit in jedem Ofen auf 0,05 bar/s verringert wird.
Kurz gesagt wird, wenn das komprimierte Gas jedem Ofen in dem Volumen zugeführt wird, das dem verringerten Volumen an Reduziergas zu dem Zeitpunkt entspricht, wenn das Volumen an Reduziergas mit dem Auftreten einer Druckspitze radikal abnimmt, eine radikale Abnahme im Gasfluß am Ofen verhindert, während eine mögliche Unterbrechung des Eisenerzwirbelbetts darin verhindert wird.
Es wird nun unter Bezugnahme auf 3 die Eisenerzstrom-Blockadeverhinderungseinheit für den Wirbelbettreduktionsreaktor beschrieben.
Die Eisenerzstrom-Blockadeverhinderungseinheit dient dazu, beim Auftreten einer Druckspitze innerhalb des Schmelzvergasers 1 etwas von dem Reduziergas in dem ersten und dem zweiten Eisenerzauslaßrohr 43 und 33, welche die Öfen 20, 30 und 40 miteinander verbinden, zum Wassergaswäscher 50 hin umzuleiten.
Die Eisenerzstrom-Blockadeverhinderungseinheit schließt ein erstes Umleitungsrohr 10, das am ersten Eisenerzauslaßrohr 43 zwischen dem Vorwärmofen 40 und dem Vorreduzierofen 30 bereitgestellt wird, ein zweites Umleitungsrohr 11, das am zweiten Eisenerzauslaßrohr 33 zwischen dem Vorreduzierofen 30 und dem abschließenden Reduzierofen 20 bereitgestellt wird, und Schaltventile 12 und 13 ein, die an dem ersten und dem zweiten Umleitungsrohr 10 und 11 bereitgestellt werden. Das erste und das zweite Umleitungsrohr 10 und 11 sind mit einem Abgasrohr 42 verbunden, das den Vorwärmofen 40 und den Wassergaswäscher 50 miteinander verbindet.
Stickstoffgas-Spülrohre 14a, 14b und 15a, 15b werden an der Vorderseite und der Rückseite der Schaltventile 12 und 13 des ersten und des zweiten Umleitungsrohrs 10 bzw. 11 bereitgestellt. Die an der Vorderseite der Schaltventile 12 und 13 angeordneten Stickstoffgas-Spülrohre 14a und 15a verhindern, daß das feine Eisenerz in das erste und das zweite Umleitungsrohr 10 und 11 strömen, und spülen das feine Eisenerz zu dem Vorreduzierofen 30 oder dem abschließenden Reduzierofen 20 hin. Die an der Rückseite der Schaltventile 12 und 13 angeordneten Stickstoffgas-Spülrohre 14b und 15b blasen Stickstoffgas zum Abgasrohr 42 hin. Darüber hinaus werden an den Stickstoffgas-Spülrohren 14a, 14b, 15a und 15b Regelventile 16a, 16b, 17a und 17b bereitgestellt, um die Zufuhr von Stickstoffgas auf eine angemessene Weise zu regeln.
Inzwischen werden an den Endabschnitten der Eisenerzauslaßrohre 43 und 33 nahe dem Vorreduzierofen 30 bzw. dem abschließenden Reduzierofen 20 ein erster und ein zweiter Drucksensor 18 und 19 bereitgestellt, um Veränderungen in dem auf das erste und das zweite Eisenerzauslaßrohr 43 und 33 ausgeübten Druck zu erfassen und zu messen. Der Prozeßrechner 9 bestimmt das Schalten der Schaltventile 12 und 13 auf der Grundlage des an dem ersten und dem zweiten Drucksensor 18 und 19 gemessenen Druckwertes.
Die Positionen T1 und T2, an denen das erste und das zweite Umleitungsrohr 10 und 11 mit dem ersten und dem zweiten Eisenerzauslaßrohr 43 und 33 verbunden werden, werden vorzugsweise auf der gleichen Ebene angeordnet wie der höchste Abschnitt des Wirbelbetts in dem Vorreduzierofen 30 oder dem abschließenden Reduzierofen 20 oder höher als derselbe. Bei dieser Struktur wird das feine Eisenerz selbst beim Auftreten einer Druckspitze daran gehindert, in das erste und das zweite Umleitungsrohr 10 und 11 zu strömen.
Das erste und das zweite Umleitungsrohr 10 und 11 werden mit einem hitzebeständigen Stahl hergestellt, der in der Lage ist, dem Hochtemperatur-Reduziergas gut standzuhalten, und die Durchmesser derselben werden vorzugsweise so festgelegt, daß sie die Hälfte derjenigen des ersten und des zweiten Eisenerzauslaßrohres 43 und 33 betragen.
Es wird nun die Betriebsweise der Eisenerzstrom-Blockadeverhinderungseinheit beschrieben.
Falls der Eisenerzreduktionsprozeß an den entsprechenden Öfen 40, 30 und 20 normal durchgeführt wird, so daß die Druckspitze nicht auftritt, werden die Schaltventile 12 und 13 in einem geschlossenen Zustand gehalten. In diesem Fall strömt das vom Schmelzvergaser 1 zugeführte Hochtemperatur-Reduziergas normalerweise nacheinander längs des ersten und des zweiten Gaszufuhrrohres 22 und 32 und des Abgasrohres 42.
Wenn der Strom des Reduziergases normalerweise hergestellt wird, öffnen die Regelventile 16a, 16b, 17a und 17b, um den entsprechenden Rohren Stickstoffgas zuzuführen, während die geschlossenen Schaltventile 12 und 13 als Grenzen genommen werden. Auf diese Weise wird der Strom des Abgases vom Abgasrohr 42 blockiert, und der Strom von Fremdmaterialien und feinem Eisenerz von dem ersten und dem zweiten Eisenerzauslaßrohr 43 und 33 zu dem ersten und dem zweiten Umleitungsrohr 10 und 11 wird ebenfalls blockiert.
Wenn jedoch das Hochtemperatur-Reduziergas beim Auftreten der Druckspitze im Schmelzvergaser 1 zu dem ersten und dem zweiten Eisenerzauslaßrohr 43 und 33 hin überströmt, erfassen die Drucksensoren 1a, 18 und 19 das Überströmen des Reduziergases und übertragen die erfaßten Ergebnisse zum Prozeßrechner 9. Der Prozeßrechner 9 analysiert die eingegebenen Signale und berechnet die Druckveränderungsgeschwindigkeit des Reduziergases. Wenn der berechnete Wert 0,05 bar/s beträgt, erfaßt der Rechner 9 das Auftreten einer Druckspitze.
Falls der an den Druckmessern 18 und 19 gemessene Wert über den festgelegten Bezugswert hinausgeht, weist der Rechner 9 an, das erste oder das zweite Schaltventil 12 oder 13 zu öffnen. Wenn das erste oder das zweite Schaltventil 12 oder 13 öffnet, werden das Abgasrohr 42, das erste und das zweite Umleitungsrohr 10 und 11, und das erste und das zweite Eisenerzauslaßrohr 43 und 33 miteinander verbunden. Im Ergebnis dessen wird die große Menge an Hochtemperatur-Reduziergas, die in das erste und das zweite Eisenerzauslaßrohr 43 und 33 eingeleitet und nach oben gehoben wird, über das erste und das zweite Umleitungsrohr 10 und 11 zum Abgasrohr 42 umgeleitet.
Da das Reduziergas auf die obige Weise umgeleitet wird, kann das Strömen des Reduziergases in der Richtung entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Eisenerzes in dem ersten und dem zweiten Eisenerzauslaßrohr 43 und 33 verhindert werden, während der flüssige Strom des Eisenerzes ohne Blockade gesichert wird. Darüber hinaus wird der Gegenstrom des Eisenerzes von dem ersten und dem zweiten Eisenerzauslaßrohr 43 und 33 zu dem Vorwärmofen 40 oder dem Vorreduzierofen 30 ebenfalls verhindert.
Der Bezugswert der Druckveränderungsgeschwindigkeit wird so festgelegt, daß er an den hinteren Abschnitten des Vorreduzierofens 30 bzw. des abschließenden Reduzierofens 20 abgeleitet wird. Es wird festgelegt, daß der Wert der am Drucksensor 18 des Vorreduzierofens 30 gemessenen Druckveränderungsgeschwindigkeit 0,05 bar/s oder mehr beträgt und der Wert der am Drucksensor 19 des abschließenden Reduzierofens gemessenen Druckveränderungsgeschwindigkeit 0,03 bar/s oder mehr beträgt.
Es wird nun unter Bezugnahme auf 4 die Reservegaszufuhreinheit beschrieben.
An der Unterseite des abschließenden Reduzierofens 20, der Vorreduzierofens 30 und des Vorwärmofens 40 werden Verteilerplatten 24, 34 und 44, jeweils mit einer Düse, bereitgestellt, um das vom Schmelzvergaser erzeugte Reduziergas darin zu verteilen.
Wenn die Düsen der Verteilerplatten 24, 34 und 44 verstopft werden, führt die Reservegaszufuhreinheit der Unterseite der Öfen 20, 30 und 40 das Reservestickstoffgas zu.
Die Reservegaszufuhreinheit schließt Auslaßregelventile 41, 31 und 21, die an den jeweiligen Eisenerzauslaßrohren 43, 33 und 23 bereitgestellt werden, erste Differenzdrucksensoren 45, 35 und 25 für das Erfassen des Differenzdrucks zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Eisenerzauslaßrohre 43, 33 und 23, zweite Differenzdrucksensoren 47, 37 und 27 für das Erfassen des Differenzdrucks zwischen der Oberseite und der Unterseite der Verteilerplatten 24, 34 und 44 und Reservegaszufuhrrohre 49, 39 und 29 für das Zuführen des Reservegases zur Unterseite des jeweiligen Wirbelbettofens 40, 30 und 20 ein.
Die Auslaßregelventile 41, 31 und 21 dienen zum Unterbrechen des Reduziergas-Gegenstroms in den Eisenerzauslaßrohren 43, 33 und 23, während sie regeln, daß das Eisenerz in der normalen Strömungsrichtung strömt.
Die ersten Differenzdrucksensoren 45, 35 und 25 werden zwischen den oberen und den unteren Enden der Eisenerzauslaßrohre 43, 33 und 23 angeordnet, während die Auslaßregelventile 41, 31 und 21 dazwischengeschaltet werden. Thermometer 46, 36 und 26 werden an den vorderen Abschnitten der jeweiligen Auslaßregelventile 41, 31 und 21 angeordnet, um eine radikale Temperaturveränderung des in den Eisenerzauslaßrohren 43, 33 und 23 gegenströmenden Reduziergases zu erfassen, wenn die Düsen der Verteilerplatten 44, 34 und 24 verstopft sind.
Die zweiten Differenzdrucksensoren 47, 37 und 27 werden zwischen den Ober- und den Unterseiten der Verteilerplatten 44, 34 und 24 angeordnet.
Die Reservegaszufuhrrohre 49, 39 und 29 werden an den jeweiligen Reduziergaszufuhrrohren 7, 22 und 32 mit Schaltventilen 48, 38 und 28 versehen, um die Menge des in jeden Ofen einzublasenden Stickstoffgases zu regeln.
Es wird nun die Betriebsweise der Reservegaszufuhreinheit beschrieben. Zu diesem Zweck wird zuerst die anfängliche Arbeitsweise des Schmelzreduktionssystems geklärt.
Bei der Arbeitsweise des Schmelzreduktionssystems wird über ein Eisenerzbeschickungsrohr 63 aus einem Beschickungsbunker 60 feines Eisenerz in den Vorwärmofen 40 beschickt und geht durch den Vorreduzierofen 30 und den abschließenden Reduzierofen 20 hindurch, während es fluidisiert und reduziert wird. Das reduzierte Eisenerz wird in den Schmelzvergaser 1 beschickt. Inzwischen wird das vom Schmelzvergaser 1 auf Grund des Verbrennens von Kohle erzeugte Reduziergas über die jeweiligen Reduziergaszufuhrrohre 7, 22 und 32 nacheinander von der Unterseite derselben in den abschließenden Reduzierofen 20, den Vorreduzierofen 30 und den Vorwärmofen 40 geblasen. Das in die jeweiligen Öfen 40, 30 und 20 eingeleitete Reduziergas wird durch die jeweiligen Verteilerplatten 44, 34 und 24 auf gleichmäßige Weise zur Oberseite derselben hin verteilt und reagiert mit dem Eisenerz, um es zu reduzieren, während es ein Wirbelbett bildet.
Bei den anfänglichen Verarbeitungsschritten, wenn das Auslaßregelventil 41 öffnet, das an dem Eisenerzauslaßrohr 43 bereitgestellt wird, das den Vorwärmofen 40 und den Vorreduzierofen 30 miteinander verbindet, und das Reduziergas über das entsprechende Gaszufuhrrohr 32 in die Unterseite des Vorwärmofens 40 geblasen wird, wird eine große Gasmenge längs des Eisenerzauslaßrohres 43 strömen gelassen.
Demzufolge wird das in den Vorwärmofen 40 beschickte Eisenerz nicht auf flüssige Weise fluidisiert und setzt sich auf der Verteilerplatte 44 ab, während es die Düse derselben verstopft. Der Differenzdruck an der Verteilerplatte 44 wird mit der Erscheinung der Nicht-Fluidisierung des Eisenerzes innerhalb des Vorwärmofens 40 gesteigert, so daß das Eisenerz nicht auf wirksame Weise wärmebehandelt werden kann. Die Steigerung des Differenzdrucks an der Verteilerplatte 44 wird durch die Steigerung der Eisenerzdichte im Vorwärmofen 40 begleitet. Im Ergebnis dessen wird der Auslaß des Eisenerzbeschickungsrohrs 63 verstopft, und das gesamte Eisenschmelze-Herstellungsverfahren wird angehalten.
Aus diesem Grund muß, wenn anfangs Eisenerz in den Vorwärmofen 40 beschickt wird, das Auslaßregelventil 41 des Eisenerzauslaßrohres geschlossen werden derart, daß das Reduziergas nur in die Unterseite der Verteilerplatte 44 des Vorwärmofens 40 eingeleitet wird. In diesem Zustand, wenn das innerhalb des Vorwärmofens 40 gebildete Eisenerz-Wirbelbett in der Höhe hinauf zum gleichen Niveau wie der Einlaß des Eisenerzauslaßrohres 43 gehoben wird, öffnet das Auslaßregelventil 41 allmählich, und das Eisenerz wird durch das Eisenerzauslaßrohr 43 abgegeben, wodurch das Wirbelbett stabilisiert wird.
Wenn die Höhe des Wirbelbetts auf dem Niveau höher als der Auslaß des Auslaßregelventils 41 angeordnet wird, wird das Abgeben des Eisenerzes vom Vorwärmofen 40 zum Eisenerzauslaßrohr 43 selbst im Öffnungszustand des Auslaßregelventils 41 flüssig gestaltet, und das Reduziergas wird nicht gegenströmen gelassen.
Die Wirbelbetten innerhalb des Vorreduzierofens 30 und des abschließenden Reduzierofens 20 können ebenfalls auf die gleiche Weise stabilisiert werden wie dasjenige des Vorwärmofens 40. Das heißt, die Auslaßregelventile 41, 31 und 21 werden im anfänglichen Betriebszustand geschlossen und öffnen allmählich oder periodisch in Abhängigkeit vom Grad der Stabilisierung des Wirbelbetts in jedem Ofen, um dadurch das Eisenerz auf eine flüssige Weise abzugeben.
Falls das Wirbelbett in jedem Ofen auf Grund möglicher Fehler instabil wird, erfaßt ein Sensor einen solchen Zustand.
Zuerst können die Düsen der Verteilerplatten 24, 34 und 44 auf Grund der großen Menge im Reduziergas enthaltenen Staubes oder der aus dem Wirbelbett freigesetzten Eisenerzteilchen allmählich verstopft werden. Wenn die Verteilerplatten 24, 34 und 44 verstopft werden, wird ein Unterschied im Druck zwischen der Oberseite und der Unterseite jeder Verteilerplatte erzeugt und durch die zweiten Differenzdrucksensoren 47, 37 und 27 erfaßt.
Wenn sich erweist, daß der Wert des an den Differenzdrucksensoren 47, 37 und 27 gemessenen Differenzdrucks über den Bezugswert hinausgeht, wird erfaßt, daß das Wirbelbett in jedem Ofen instabil wird und das Einblasen des Reduziergases durch die Verteilerplatten 24, 34 und 44 nicht auf angemessene Weise vorgenommen wird. In diesem Zustand werden das Beschicken des Eisenerzes in jeden Ofen und das Abgeben aus demselben unbeständig, und das zum Bilden des Wirbelbetts erforderliche Reduziergas wird nicht normal zugeführt. Demzufolge wird das Wirbelbett nur geringfügig über den Verteilerplatten 24, 34 und 44 gebildet, während das Verstopfen der Düsen derselben beschleunigt wird. In einem ernsten Fall wird das Eisenerz zusammen mit dem Reduziergas über das entsprechende Eisenerzauslaßrohr in den Eisenerzbeschickungsbunker 60, den Vorwärmofen 40 oder der Vorreduzierofen 30 gegenströmen gelassen, wodurch das Wirbelbett in jedem Ofen ausgelöscht wird.
Es kann erwogen werden, daß die Auslaßregelventile 21, 31 und 41 gesteuert werden, um geschlossen zu werden, wenn das Reduziergas in die Eisenerzauslaßrohre 23, 33 und 43 strömen gelassen wird, um dadurch den Strom des Reduziergases und den Gegenstrom des Eisenerzes zu den Eisenerzauslaßrohren 23, 33 und 43 zu verhindern. Da jedoch die Temperatur des in die Eisenerzauslaßrohre 23, 33 und 43 strömenden Reduziergases außerordentlich hoch ist, während es von einem radikalen Temperaturanstieg an der Strömungsbahn begleitet wird, können die Auslaßregelventile 21, 31 und 41 auf dem Weg nicht auf eine flüssige Weise betätigt werden.
Falls die zweiten Differenzdrucksensoren 47, 37 und 27 das Verstopfen der Düsen der Verteilerplatten 24, 34 und 44 erfassen, kann ein solcher Düsenverstopfungsfehler auf die folgende Weise wirksam behoben werden. Unter den normalen Betriebsbedingungen wird der Druckunterschied zwischen der Oberseite und der Unterseite der Verteilerplatten üblicherweise so festgelegt, daß er im Bereich von 100–300 mbar liegt. Daher wird, falls der an den Differenzdruckmessern 47, 37 und 27 gemessene Differenzdruck radikal ansteigt, um über 300 mbar hinauszugehen, festgestellt, daß die verteilerplatte 24, 34 und 44 verstopft sind.
In einem solchen Fall weist der Prozeßrechner 9 an, die an den Reservegaszufuhrrohren 49, 39 und 29 bereitgestellten Schaltventile 28, 38 und 48 zu öffnen, und führt das Reservestickstoffgas über die Reservegaszufuhrrohre 49, 39 und 29 den Öfen 20, 30 und 40 zu. Das Stickstoffgas spült die Verteilerplatten 24, 34 und 44, um dadurch den Differenzdruck zwischen der Oberseite und der Unterseite derselben abfallen zu lassen. Nachdem der Düsenverstopfungsfehler behoben ist und der mindestfluidisierte Zustand aufrechterhalten wird, werden die Auslaßregelventile 21, 31 und 41 geschlossen, und die Zufuhr des Stickstoffgases wird angehalten, während der normale Strom des Reduziergases gleichbleibend gehalten wird.
Wenn das Reduziergas auf Grund des Verstopfens der Verteilerplatten 24, 34 und 44 in den Eisenerzauslaßrohren 23, 33 und 43 gegenströmen gelassen wird, wird ein Druckunterschied zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Eisenerzauslaßrohre 23, 33 und 43 hergestellt. Der Differenzdruck wird an den ersten Differenzdrucksensoren 45, 35 und 25 gemessen.
Wenn der Differenzdruck radikal abnimmt, um unter 100 mbar abzusinken, wird festgestellt, daß das Reduziergas in den Eisenerzauslaßrohren 23, 33 und 43 gegenströmen gelassen wird. In diesem Fall wird festgelegt, daß die Auslaßregelventile 21, 31 und 41 auf einmal geschlossen werden. Falls jedoch das Betätigen der Auslaßregelventile 21, 31 und 41 unmöglich wird, öffnen die Schaltventile 28, 38 und 48, um der Unterseite der betreffenden Öfen Stickstoffgas zuzuführen. Nachdem der Düsenverstopfungsfehler der Verteilerplatten 24, 34 und 44 durch den Spülvorgang des Stickstoffgases behoben ist und der mindestfluidisierte Zustand aufrechterhalten wird, werden die Auslaßregelventile 21, 31 und 41 geschlossen, und die Zufuhr des Stickstoffgases wird angehalten, während der normale Strom des Reduziergases gleichbleibend gehalten wird.
Wenn das Reduziergas in den Eisenerzauslaßrohren 23, 33 und 43 gegenströmen gelassen wird, wird schließlich die Temperatur derselben radikal erhöht. In diesem Fall wird die erhöhte Temperatur an den Thermometern 26, 36 und 46 in den Eisenerzauslaßrohren 23, 33 und 43 gemessen.
Wenn die gemessene Temperatur den Bezugswert um mehr als 50°C überschreitet, öffnen die Schaltventile 28, 38 und 48, um der Unterseite der jeweiligen Öfen Stickstoffgas zuzuführen.
Nachdem der Düsenverstopfungsfehler durch den Spülvorgang des Stickstoffgases behoben ist und der mindestfluidisierte Zustand aufrechterhalten wird, werden die Auslaßregelventile 21, 31 und 41 geschlossen, und die Zufuhr des Stickstoffgases wird angehalten, während der normale Strom des Reduziergases gleichbleibend gehalten wird.
Wie oben beschrieben, wird die Unterbrechung des Wirbelbetts auf Grund des Verstopfens der Verteilerplatten durch die ersten Differenzdrucksensoren 45, 35 und 25, die zweiten Differenzdrucksensoren 47, 37 und 27 oder die Thermometer 26, 36 und 46 gemessen. Wenn festgestellt wird, daß in den Öfen anormale Bedingungen hergestellt werden, wird den betreffenden Öfen Stickstoffgas zugeführt, um das unterbrochene Wirbelbett wiederherzustellen. Danach öffnen die Auslaßregelventile 21, 31 und 41, um das normale Reduktionsverfahren auf eine stabile Weise fortzusetzen.
Die folgenden Beispiele illustrieren die vorliegende Erfindung weiter.
Die Spezifikation und die Versuchsbedingungen für den Wirbelbettreduktionsreaktor des Schmelzreduktionssystems waren wie folgt.
SPEZIFIKATION DES WIRBELBETTREDUKTIONSREAKTORS (DES VORWÄRMOFENS, DES VORREDUZIEROFENS UND DES ABSCHLIEßENDEN REDUZIEROFENS)

Radius des verengten Abschnitts (der Verteilerplatte): 0,3 m
Radius des verbreiterten Abschnitts: 0,7 m
Winkel des konisch geformten unteren Abschnitts: 4°
Höhe des geneigten Abschnitts (vom Oberteil der Verteilerplatte aus): 4,0 m
Höhe des zylindrisch geformten oberen Abschnitts: 2,5 m
Tiefe des unteren Abschnitts unter der Verteilerplatte: 3,0 m

FEINES EISENERZ

Teilchen-(Korn-)Größe des feinen Eisenerzes: 8 mm oder geringer
Teilchengrößenverteilung: 0,05 mm oder geringer: 4,6%, 0,05–0,15 mm: 5,4% 0,15–0,5 mm: 16,8%, 0,5–4,75 mm: 59,4% 4,75–8 mm: 13,8%
Chemische Zusammensetzung des feinen Eisenerzes: T.Fe: 62,17%, FeO: 0,51%, SiO₂: 5,5% TiO₂: 0,11%, Mn: 0,05%, S: 0,012% P: 0,65%, Zahl der Kristalle: 2,32%

REDUZIERGAS

Chemische Zusammensetzung CO: 65%, H₂: 25%, CO₂: 5%, N₂: 5%
Temperatur des Wirbelbettreduktionsreaktors Abschließender Reduzierofen: 850°C, Vorreduzierofen: 800°C, Vorwärmofen: 750°C
Strömungsgeschwindigkeit: Normalzustand: 1,7 m/s (Verteilerplatte) Druck: 2,5–3,0 bar/g

BEISPIEL 1
Die Veränderungen des Stroms des Reduziergases mit und ohne Wirbelbett-Unterbrechungsverhinderungseinheit wurden miteinander verglichen, und die Ergebnisse werden in 5 illustriert.
In der Zeichnung zeigt A das Auftreten einer Druckspitze im Schmelzvergaser an, B zeigt den Fluß des Reduziergases am Einlaß des Wirbelbettofens an, und C zeigt den Fluß des Reduziergases am Auslaß des Wirbelbettofens an.
Wie in 5 gezeigt, stellte es sich heraus, daß die Veränderung des Flusses des Reduziergases mit der Wirbelbett-Unterbrechungsverhinderungseinheit bedeutend verringert wird, wenn die Druckspitze innerhalb des Schmelzvergasers auftritt.
Daher kann beim Auftreten einer Druckspitze wirksam verhindert werden, daß das Wirbelbett unterbrochen wird, wenn das komprimierte Abgas zu dem Zeitpunkt, an dem der Fluß des Reduziergases radikal abfällt, dem abschließenden Reduzierofen zugeführt wird.
BEISPIEL 2
Der Druckunterschied zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Eisenerzauslaßrohrs bei einem Nichtvorhandensein oder einem Vorhandensein der Eisenerzstrom-Blockadeverhinderungseinheit wurde gemessen, und die Ergebnisse werden in 6 und 7 illustriert.
Wie in 6 gezeigt, wurde beim Nichtvorhandensein der Eisenerzstrom-Blockadeverhinderungseinheit der Strom des Eisenerzes im Eisenerzauslaßrohr beim Auftreten einer Druckspitze blockiert oder umgekehrt, und der Druckunterschied wurde auf eine radikale Weise hergestellt.
Beim Vorhandensein der Eisenerzstrom-Blockadeverhinderungseinheit jedoch stieg der Druckunterschied anfangs auf geringfügige Weise an und fiel danach ab, wie in 7 gezeigt. Es wurde vermutet, daß beim Auftreten einer Druckspitze die große Menge an Hochtemperatur-Reduziergas, die in das Eisenerzauslaßrohr eingeleitet wird, über die Umleitungsrohre zum Abgasrohr 42 umgeleitet wird und folglich der Druckunterschied zwischen der Oberseite und der Unterseite des Eisenerzauslaßrohres verringert wird.
Daher kann die Eisenerzstrom-Blockadeverhinderungseinheit wirksam die Blockade des Stroms oder den Gegenstrom des Eisenerzes zwischen den Öfen verhindern.
BEISPIEL 3
Die Zeit des Betriebs mit oder ohne Reservegaszufuhreinheit wurde gemessen, und die Ergebnisse werden in Tabelle 1 angegeben.
TABELLE 1
Wie in Tabelle 1 angezeigt, konnte die Betriebszeit mit der Installation der Reservegaszufuhreinheit bedeutend gesteigert werden, und der normale Betrieb konnte selbst bei der Unterbrechung des Wirbelbetts schnell wieder gestartet werden.
Darüber hinaus waren die anderen Betriebsbedingungen wie folgt. Die Nutzungsrate von Gas betrug etwa 30–35%, und die Menge des Gasverbrauchs pro Tonne feinen Eisenerzes betrug 1300–1500 Nm³/Erztonne. Die Reduktionsrate des vom Vorwärmofen 40 in den Vorreduzierofen 30 beschickten feinen Eisenerzes betrug 10–15%, diejenige des vom Vorreduzierofen 30 in den abschließenden Reduzierofen 20 beschickten vorreduzierten Eisenerzes betrug 30–40% und diejenige des vom abschließenden Reduzierofen 20 in den Schmelzvergaser 1 beschickten reduzierten Eisenerzes betrug 85–90%.
Daher kann beim Vorhandensein der Reservegaszufuhreinheit ein möglicher zeitweiliger Betriebsausfall schnell repariert werden, während es möglich gemacht wird, den Wirbelbettreaktor über eine lange Zeit auf stabile Weise zu betreiben.

Claims

Wirbelbettreduktionsreaktor für das Reduzieren von feinem Eisenerz und das Zuführen des reduzierten Eisenerzes zu einem Schmelzvergaser (1), wobei der Wirbelbettreduktionsreaktor folgendes umfaßt: wenigstens zwei oder mehr Wirbelbettöfen, die das beschickte feine Eisenerz auf eine aufeinander folgende Weise vorwärmen (40), vorreduzieren (30) und schließlich mit einem vom Schmelzvergaser (1) sequentiell zugeführten Reduziergas reduzieren (20), einen Gaswäscher (50), der über ein Abgasrohr (42) ein Abgas vom abschließenden Reduzierofen (20) empfangt, das Abgas kühlt und in dem Abgas enthaltene feine Teilchen auswäscht, wenigstens zwei oder mehr Eisenerzauslassrohre (43, 33, 23), welche die Wirbelbettöfen (40, 30, 20) miteinander verbinden und den abschließenden Reduzierofen (20) und den Schmelzvergaser (1) miteinander verbinden, um das beschickte Eisenerz zu dem nachfolgenden Ofen (30, 20) oder dem Schmelzvergaser (1) ausströmen zu lassen, und wenigstens zwei oder mehr Reduziergaszufuhrrohre (7, 22, 32), welche die Wirbelbettöfen (40, 30, 20) miteinander verbinden und den abschließenden Reduzierofen (20) und den Schmelzvergaser (1) miteinander verbinden, um das vom Schmelzvergaser (1) erzeugte Reduziergas jedem Wirbelbettofen (20, 30, 40) zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor außerdem folgendes umfaßt: eine Wirbelbettstabilisierungseinheit für das Stabilisieren des Wirbelbetts, wenn das Wirbelbett in jedem Wirbelbettofen (20, 30, 40) auf Grund der instabilen Zufuhr des Reduziergases von der Unterseite unterbrochen wird, bei dem die Wirbelbettstabilisierungseinheit eine Abgaszufuhreinheit (2a, 2–6) umfaßt, wobei die Abgaszufuhreinheit (2a, 2–6) zu dem Zeitpunkt, an dem der Druck des Reduziergases innerhalb der Wirbelbettreduzieröfen (20, 30, 40) mit dem Auftreten einer Druckspitze radikal abfällt, das Abgas dem Reduziergaszufuhrrohr (7) zuführt, das den Schmelzvergaser (1) und die Wirbelbettreduzieröfen (20, 30, 40) miteinander verbindet.
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 1, bei dem die Abgaszufuhreinheit (2a, 2–6) ein Abgasleitrohr (2a), das etwas von dem Abgas von dem an der Rückseite des Gaswäschers (50) angeordneten Abgasrohr ablenkt, einen Kompressor (2) für das Komprimieren des eingeleiteten Abgases, einen Druckgasspeicherbehälter (3) für das Speichern des komprimierten eingeleiteten Abgases, ein Druckregelventil (5) für das Regeln des Drucks des komprimierten Gases, eine Düse (6) für das Zuführen des druckgeregelten Gases zum Reduziergaszufuhrrohr (7), das den Schmelzvergaser (1) und die Wirbelbettreduzieröfen (20, 30, 40) miteinander verbindet, und ein Abgaszufuhrrohr (4) umfaßt, das die Bauteile (2, 3, 5, 6) jeweils miteinander verbindet.
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 2, bei dem sich das Druckregelventil (5) zu dem Zeitpunkt öffnet, an dem der Druckveränderungswert der innerhalb des Schmelzvergasers (1) erzeugten Druckspritze auf über 0,05 bar/s ansteigt und der Druck des Reduziergases radikal abfällt, und schließt, wenn der Druckveränderungswert 0,05 bar/s oder weniger beträgt.
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 2, bei dem der Druckgasspeicherbehälter (3) mit einem so großen Volumen hergestellt wird, daß er 20 bis 30% des Durchschnittsflusses des vom Schmelzvergaser (1) erzeugten Reduziergases speichert.
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 4, bei dem der Druckgasspeicherbehälter (3) mit einer Vielzahl von Druckregelschaltern (7a, 7b) versehen wird, so daß der Innendruck desselben so geregelt wird, daß er 1,5 bis 2 mal größer ist als der an den Schmelzvergaser (1) angelegte Druck.
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 2, bei dem die Druckgaszufuhrdüse (6) einen kreisförmigen Rohrabschnitt, der das Reduziergaszufuhrrohr (7), das den Schmelzvergaser (1) und die Wirbelbettöfen (20, 30, 40) miteinander verbindet, außen umhüllt, und eine Vielzahl von linearen Rohrabschnitten (6a) umfaßt, die von dem kreisförmigen Rohrabschnitt abgezweigt werden, während sie innen durch das Reduziergaszufuhrrohr (7) hindurchgehen und mit dem Reduziergaszufuhrrohr (7) in Verbindung stehen.
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 6, bei dem die Zahl der abgezweigten linearen Rohrabschnitte (6a) sechs (6) bis acht (8) beträgt.
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 1, bei dem die Wirbelbettstabilisierungseinheit außerdem eine Eisenerzstrom-Blockadeverhinderungseinheit (10–17) umfaßt, wobei die Eisenerzstrom-Blockadeverhinderungseinheit (10–17) zu dem Zeitpunkt, an dem der Innendruck des Schmelzvergasers (1) mit dem Auftreten einer Druckspitze radikal abfällt, etwas von dem Reduziergas von jedem zwischen den benachbarten Öfen (20, 30, 40) angeordneten Eisenerzauslassrohr (33, 43) zum Gaswäscher (50) umleitet (in 10, 11).
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 8, bei dem die Eisenerzstrom-Blockadeverhinderungseinheit (10–17) ein oder mehrere Umleitungsrohre (10, 11), die zwischen jedem Eisenerzauslassrohr (33, 43), das die benachbarten Öfen (20, 30, 40) miteinander verbindet, und dem mit dem Gaswäscher (50) verbundenen Abgasrohr (42) angeordnet werden, und ein an jedem Umleitungsrohr (10, 11) bereitgestelltes Schaltventil (12, 13) umfaßt, um das Volumen des umgeleiteten Reduziergases zu regeln.
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 9, bei dem die Position, an der jedes Umleitungsrohr (10, 11) mit jedem Eisenerzauslassrohr (33, 43) verbunden wird, an der gleichen Stelle wie der höchste Abschnitt des Wirbelbetts in dem Vorreduzierofen (30) oder dem abschließenden Reduzierofen (20) oder höher als derselbe angeordnet wird.
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 10, bei dem jedes Umleitungsrohr (10, 11) mit einem hitzebeständigen Stahl hergestellt wird und einen Durchmesser hat, welcher der Hälfte (1/2) des Durchmessers jedes Eisenerzauslassrohrs (33, 43) entspricht.
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 10, bei dem die Eisenerzstrom-Blockadeverhinderungseinheit (10–17) außerdem einen Druckmesser (18, 19) umfaßt, der am vorderen Abschnitt jedes Eisenerzauslassrohrs (43, 33) nahe dem nachfolgend mit dem Eisenerz zu beschickenden Wirbelbettofen (30, 20) bereitgestellt wird.
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 12, der außerdem Stickstoffgas-Spülrohre (14a, 14b, 15a, 15b) umfaßt, die an der Vorderseite und der Rückseite jedes Schaltventils (12, 13) bereitgestellt werden.
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 13, bei dem jedes Stickstoffgas-Spülrohr (14a, 14b, 15a, 15b) mit einem Regelventil (16a, 16b, 17a, 17b) versehen wird, um die Menge des zuzuführenden Stickstoffgases zu regeln.
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 14, bei dem sich das zwischen dem Vorwärmofen (40) und dem Vorreaktionsofen (30) bereitgestellte Schaltventil (12) öffnet, wenn die an dem am Eisenerzauslassrohr (43) zwischen dem Vorwärmofen (40) und dem Vorreduzierofen (30) bereitgestellten Drucksensor (46) erfaßte Druckveränderungsgeschwindigkeit 0,05 bar/s oder mehr beträgt, und sich das zwischen dem Vorreduzierofen (30) und dem abschließenden Reduzierofen (20) bereitgestellte Schaltventil (13) öffnet, wenn die an dem am Eisenerzauslassrohr (33) zwischen dem Vorreduzierofen (30) und dem abschließenden Reduzierofen (20) bereitgestellten Drucksensor (36) erfaßte Druckveränderungsgeschwindigkeit 0,03 bar/s oder mehr beträgt.
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 1, bei dem die Wirbelbettstabilisierungseinheit außerdem eine Reservegaszufuhreinheit umfaßt, wobei die Reservegaszufuhreinheit der Unterseite jedes Wirbelbettreduzierofens (20, 30, 40) ein Reservestickstoffgas zuführt, wenn eine Düse einer Verteilerplatte (24, 34, 44), die an der Unterseite des Wirbelbettreduzierofens (20, 30, 40) bereitgestellt wird, verstopft ist.
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 16, bei dem die Reservegaszufuhreinheit ein Auslassregelventil (21, 31, 41), das an jedem Eisenerzauslassrohr (23, 33, 43) bereitgestellt wird, einen ersten Differenzdrucksensor (25, 35, 45) für das Erfassen des Differenzdrucks zwischen dem Eingang und dem Ausgang jedes Eisenerzauslassrohrs (23, 33, 43), einen zweiten Differenzdrucksensor (27, 37, 47) für das Erfassen des Differenzdrucks zwischen der Oberseite und der Unterseite jeder Verteilerplatte (24, 34, 44) und ein Reservegaszufuhrrohr (29, 39, 49) für das Zuführen des Reservegases zur Unterseite jedes Wirbelbettofens (20, 30, 40) umfaßt.
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 17, bei dem die Reservegaszufuhreinheit außerdem ein an jedem Eisenerzauslassrohr (23, 33, 43) vor dem entsprechenden Auslassregelventil (21, 31, 41) bereitgestelltes Thermometer (26, 36, 46) umfaßt, um die Temperatur eines Gegenstromgases zu messen.
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 17, bei dem das Reservegaszufuhrrohr (29, 39, 49) an jedem Reduziergaszufuhrrohr (7, 22, 32) mit einem Stickstoffgas-Schaltventil (28, 38, 48) versehen wird, um die Menge des einzublasenden Stickstoffgases zu regeln.
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 19, bei dem sich das Stickstoffgas-Schaltventil (28, 38, 48) öffnet, wenn der an einem Differenzdrucksensor (27, 37, 47) gemessene Differenzdruck 300 mbar oder mehr beträgt, und sich das Eisenerz-Auslassregelventil (21, 31, 41) schließt, nachdem sich das Stickstoffgas-Schaltventil (28, 38, 48) öffnet.
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 19, bei dem sich das Stickstoffgas-Schaltventil (28, 38, 48) öffnet, wenn der an einem Differenzdrucksensor (27, 37, 47) gemessene Differenzdruck 100 mbar oder weniger beträgt, und sich das Eisenerz-Auslassregelventil (21, 31, 41) schließt, nachdem sich das Stickstoffgas-Schaltventil (28, 38, 48) öffnet.
Wirbelbettreduktionsreaktor nach Anspruch 19, bei dem sich das Stickstoffgas-Schaltventil (28, 38, 48) öffnet, wenn die an einem Thermometer (26, 36, 46) gemessene Temperatur 50°C oder mehr als eine festgelegte Bezugstemperatur beträgt, und sich das Eisenerz-Auslassregelventil (21, 31, 41) schließt, nachdem sich das Stickstoffgas-Schaltventil (28, 38, 48) öffnet.