-
Ofenanlage zum Reduzieren von Erzen und ähnlichen Ausgangsstoffen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ofenanlage zum Reduzieren von Erzen und ähnlichen
Ausgangsstoffen mittels Gasen, bei der die reduzierend wirkenden Gase durch das
in Reduktionskammern eingebrachte Erz hindurchgeleitet werden.
-
Gemäß der Erfindung wird eine Mehrzahl von Ofeneinheiten, von denen
jede in für Einzelöfen bekannter Weise aus einer Reduktionskammer und einem dieser
vorgeschalteten Wärmespeicher besteht, derart hintereinandergeschaltet, daß im Strom
der Reduktionsgase immer auf einen Wärmespeicher eine Reduktionskammer folgt. Zweckmäßig
ist dabei jedem Wärmespeicher noch eine als Verbrennungsraum dienende Vorkammer
vorgeschaltet. Bei dieser Anordnung werden die Wärmespeicher und d'as zu reduzierende
Erz durch vollständige oder teilweise Verbrennung der aus den vorgeschalteten Reduktionskammern
kommenden und hier bereits zur reduzierenden Einwirkung gelangten Reduktionsgase
so weit vorgewärmt, daß bei Fortschreiten des Ofenganges das frische Reduktionsgas
mit der vorgesehenen Temperatur sofort zur Reduktionswirkung kommt. Der Inhalt der
fertig reduzierten Erzkammer, der sogenannte Metallschwamm, kann mit zur Vorwärmung
des Reduktionsgases herangezogen werden. In der Hauptsache dienen aber die jeweils
vor den Reduktionskammern liegenden Wärmespeicher zur Vorwärmung der Reduktionsgase.
Außerdem können die Reduktionskammern oder die Wärmespeicher oder beide zusätzlich
von außen, beispielsweise durch Verbrennen der Abgase der Anlage, beheizt werden.
Durch diese Betriebsweise ist es möglich, die Temperatur des Reduktionsgases während
der Reduktionszeit in genauen Grenzen zu halten. Ferner wird d.ie für den Reduktionsprozeß
erforderliche Wärme äußerst wirtschaftlich erzeugt und ausgenutzt und ein beschleunigter
Ofenbetrieb erreicht. Der fertig reduzierte Metallschwamm kann auch ohne vorherige
Abkühlung ausgetragen werden. Gegenüber einem stetig betriebenen Einzelofen besteht
bei einer Ofenanlage gemäß .der Erfindung der Vorteil, daß das Erz während der Reduktion
vollkommen in Ruhe bleibt.
-
Es sind zwar schon Reduktionsöfen aus einem einzigen Verbrennungsraum
in der Mitte und zwei Wärmespeichern zu beiden Seiten davon bekanntgeworden, zwischen
denen sich je zwei Reduktionskammern befinden. Mit dieser Anordnung hat die vorliegende
Erfindung nichts zu tun, denn bei der bekannten Anlage werden die Reduktionsgase
durch den einen Wärmespeicher und durch zwei nebeneinandergeschaltete Reduktionskammern
in den Verbrennungsraum geleitet, wo sie unter Luftzusatz verbrannt werden; die
Abgase streichen erst durch die beiden anderen Reduktionskammern und den zweiten
Wärmespeicher und wärmen diese vor. Nach genügender Vorwärmung der beiden letzten
Reduktionskammern und des zweiten Wärmespeichers wird der Gasstrom umgestellt, derart,
daß der zweite Wärmespeicher zuerst durchströmt wird usf.
-
Im Gegensatz zu diesem bekannten Verfahren ist bei der Ofenanlage
nach der Erfindung ein fortlaufender Betrieb möglich, und außerdem werden die Reduktionsgase
weit besser
ausgenutzt und die Erze auch mit Sicherheit vollständig
reduziert.
-
In den Abbildungen ist eine Ausführungsform der Ofenanlage dargestellt.
-
Abb. i stellt die Anlage teilweise als Draufsicht nach der Schnittlinie
A-A, teilweise als Grundriß nach der Schnittlinie B-B der Abb.2 dar.
-
Abb. 2 zeigt einen senkrechten Schnitt durch die Anlage nach der Linie
C-C der Abb. i.
-
Abb.3 ist ein senkrechter Schnitt durch eine Reduzierkammer nach der
Linie D-D der Abb. i.
-
In dem in Abb. i bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind 12 Ofeneinheiten
zu einer Ofenanlage zusammengeschlossen. Die einzelnen Einheiten sind mit Ziffern
i bis 12 bezeichnet. Zu jeder Ofeneinheit gehört eine Reduktionskammer a, deren
Seitenwände b und c mit Öffnungen für den Durchschnitt der Reduktionsgase versehen
sind. Die Öffnungen werden zweckmäßig schräg nach unten und innen gerichtet, um
ein Durchfallen des Erzes in die Heizzüge zu vermeiden. Die Reduktionskammern werden
von oben beschickt und nach unten entleert. Vor jede Reduktionskammer ist ein beispielsweise
mit feuerfestem Gitterwerk ausgesetzter Wärmespeicher d mit einer Vorkammer
q geschaltet. Jede Ofeneinheit ist an die Frischgaszuleitung s mittels der
Zuleitung k angeschlossen; ferner hat jede Ofeneinheit Anschluß an die Luftzuleitung
ya und die Sauerstoffzuleitung o. Die drei Zuleitungen, die alle Absperrorgane besitzen,
münden in die Vorkammer q.
-
Jede Ofeneinheit ist an den gemeinsamen Gasabführungskanal g und an
eine Abgassammelleitung i angeschlossen. Weiter steht jede Ofeneinheit mit der folgenden
Nachbareinheit über deren Vorkammer q in Verbindung. Als Absperrorgan dient hier
der Schieber e. Als Absperrorgane, die als Schieber oder Ventil ausgebildet sein
können, sind ferner vorgesehen für die Frischgasleitung s das Ventil r, für den
Gasabführungskanal g der Schieber f, für die Abgassammelleitung
i der Schieber h. Die unter Temperatur stehenden Absperrorgane können in
bekannter Weise gekühlt werden. Die Abgassammeleitung i steht über das Ventil p
mit der Frischgasleitung s in Verbindung. Die Zugabe des Abgases aus der Leitung
i zum Frischgas erfolgt mittels Injektoryn.
-
Für die Inbetriebsetzung wird die Ofenanlage beispielsweise wie folgt
hergerichtet: die Reduktionskammern a. der Ofeneinheiten 5 bis i i werden mit Erz.
beschickt, die Absperrorgane werden so gestellt, daß ein in die Vorkammer q der
Ofeneinheit i eintretender Gasstrom die Ofeneinheiten i bis i i durchzieht und dann
aus der Ofeneinheit i i in den Gasabführungskanal g abgeführt wird. Die Ofeneinheit
12 ist von dem ganzen Ofensystem, d. h. sowohl von allen Zu- und Ableitungen als
auch von Nachbareinheiten, abgesperrt.
-
In die Vorkammer q der Ofeneinheit i werden nun aus den Leitungen
s und n Frischgas und Luft eingeführt und zur Entzündung gebracht. Die bei der Verbrennung
entstehende Wärme heizt die Ofeneinheit i und in der Folge die sich anschließenden
Ofeneinheiten auf. Mit zunehmender Erwärmung wird auch in die Vorkammern q der folgenden
Ofeneinheiten 2, 3 usw. Gas und Luft eingelassen, wobei das Gas sich an den bereits
erwärmten Ofenwänden oder an den heißen Verbrennungsgasen aus der Einheit i entzündet.
.
-
Nachdem auf diese Weise der Ofen hinreichend aufgeheizt ist, wird
die Gas- und Luftzuführung bei allen Ofeneinheiten bis auf die Ofeneinheit i abgestellt.
Ferner wird bei der Ofeneinheit i dann auch noch die Luftzuführung abgestellt, so
daß nunmehr nur der Ofeneinheit i Frischgas zugeführt wird. Dieses zur Reduzierung
bestimmte Frischgas durchzieht nun, mit der Ofeneinheit i beginnend, die Ofeneinheiten
i bis q. und erwärmt sich hierbei. Die Wärmespeicher sind so zu bemessen, daß das
Gas beim Auftreffen auf die erste mit Erz gefüllte Reduktionskammer, in diesem Falle
die Reduktionskammer der Ofeneinheit 5, soweit vorgewärmt ist, daß die Reduktion
des Erzes dieser Kammer wirksam erfolgt und die Reduktion in den übrigen. mit Erz
gefüllten Reduktionskammern -einsetzt.
-
Beim Durchstreichen der, hintereinandergeschalteten Reduktionskammern
geht ein Teil des Kohlenoxyd- und Wasserstoffgehaltes der Reduktionsgase in Kohlenoxyd
und Wasserdampf über, und zwar so lange, bis das Reduktionsgleichgewicht zwischen
Erz und Gas in der oder den nächstfolgenden Kammern erreicht ist und das Gas keine
wirtschaftliche Reduktionswirkung mehr hat. Dieser Zustand soll beispielsweise etwa
nach Durchstreichen .der Reduktionskammer der Ofeneinheit 8 eingetreten sein. Hinter
dieser Ofeneinheit wird nun das Absperrorgan h so gestellt, daß ein Teil der Gase
durch lt in die Sammelleitung i übertreten kann, während der Rest der Gase die folgenden
Ofeneinheiten 9 bis i i weiter durchstreicht. Diesem Rest der Gase, der noch immer
einen Teil brennbarer Stoffe enthält, wird in der Vorkammer q der Ofeneinheit 9,
nach Bedarf auch in den Vorkammern der folgenden Ofeneinheiten, durch die Leitung
n so viel Luft zugeführt, als zur restlosen Verbrennung der Gase notwendig ist.
Hierdurch werden die Ofeneinheiten 9
bis i i aufgeheizt. Je nach
Zusammensetzung der Erze kann es dabei erwünscht sein, diese Verbrennung mit Luftüberschuß
durchzuführen, um eine göstung der Erze zu erreichen.
-
An Stelle von Luft kann in der gleichen Weise auch durch die Leitung
Sauerstoff zur Verbrennung zugeführt werden. Durch diese mittels Luft- oder Sauerstoffeinführung
erzielte Verbrennung erhalten die die weiteren Ofeneinheiten durchstreichenden Gase
die fühlbare Wärme so weit wieder, daß die entsprechenden Ofeneinheiten, und zwar
die Wärmespeicher und das Erz, genügend vorgewärmt werden.
-
Die Zugabe von Luft oder Sauerstoff kann zur Vermeidung örtlicher
t7berhitzungen auch stufenweise, z. B. in jeder folgenden Ofeneinheit in entsprechend
begrenzter Menge, erfolgen. Insbesondere bei Zuführung von Sauerstoff ist es auch
vorteilhaft, diesen periodisch zuzusetzen, um während der übrigen Zeit die Gase
weitgehendst reduktionsfähig zu halten.
-
Man kann auch die Reduktionsgase ohne Zuführung von Luft oder Sauerstoff
bis zu den letzten Ofeneinheiten führen und ihnen erst hier Luft oder Sauerstoff
zusetzen. Durch diese Art der Aufheizung der die Reduktionszone verlassenden Gase
wird einmal die Anwärinung der Ofeneinheiten und des Erzes, zum anderen aber auch
die Reduktion der höheren Oxydationsstufen der Erze erreicht.
-
Sobald die Reduktion des Erzes in der Ofeneinheit 5 beendet ist, rücken
alle Vorgänge nach entsprechender Schieberstellung um eine Ofeneinheit vor, d. h.
-
die Ofeneinheit z wird von dem gesamten Ofensystem abgesperrt; die
Gaszuleitung zur Ofeneinheit :2 wird geöffnet; die Reduktionsgase werden nach dem
Verlassen der Ofeneinheit 9 geteilt, und der verbleibende Rest wird in der Ofeneinheit
io bzw. in den Ofeneinheiten io bis i2 durch Zuführung von Luft oder Sauerstoff
verbrannt; die Abgase verlassen die Ofenanlage nach Durchstreifen der Ofeneinheit
12, nachdem die Reduktionskammer a dieser Ofeneinheit vor dem Einschalten der Ofeneinheit
12 in den Ofengang mit Erz beschickt wurde; die Reduktionskammer a der jetzt von
dem gesamten Ofensystem abgesperrten Ofeneinheit i wird mit Erz beschickt und nach
dem nächsten Wechsel hinter die Ofeneinheit 12 geschaltet. Der vorbeschriebene Umstellvorgang
schreitet nach jedesmaliger Beendigung einer Reduktion von Ofeneinheit zu Ofeneinheit
fort. Sobald alle Reduktionskammern mit Erz gefüllt sind, nimmt der bereits fertige
Metallschwamm in den der eigentlichen Reduktionskammer vorgeschalteten Ofeneinheiten
an der Vorwärmung des frisch eingeführten Reduktionsgases teil.
-
Die Reduktionskammer der jeweilig von dem Ofensystem abgesperrten
Ofeneinheit wird während der Absperrung entleert und wieder mit frischem Erz gefüllt.
-
Sofern bei der Vorwärmung .des Reduktionsgases der bereits fertig
reduzierte Metallschwamm etwa durch Graphitabscheidung aus den Frischgasen oder
sonstige chemische Einwirkungen ungünstig beeinflußt wird, kann der Inhalt der fertig
reduzierten Kammer, der Metallschwamm, auch in warmem Zustand abgezogen werden.
Das warme Abziehen erfolgt zweckmäßig unter Luftabschluß,-um eine Oxydation des
Metallschwamms zu verhüten. Die Abkühlung des Metallschwamms erfolgt dann beispielsweise
in einem von der Außenluft abgesperrten, nötigenfalls unter neutrale Gase gesetzten
Abzuggefäß.
-
Der Metallschwamm kann bei entsprechend schneller Betätigung des unteren
Deckels der Reduktionskammer warm abgezogen werden, ohne daß die betreffende Ofeneinheit
vom System abgeschaltet werden braucht. Nach der Entleerung wird die Reduktionskammer
wieder geschlossen. Die zugehörige Ofeneinheit bleibt im Durchlauf der Reduktionsgase
so lange eingeschaltet, bis sie beim Fortschreiten des Ofenganges vom System zur
Vorbereitung einer neuen Beschickung mit Erz abgeschaltet wird.
-
Die die Ofenanlage verlassenden Abgase können entsprechend der Eigenart
des Ofenbetriebes sowohl bezüglich der Vorgänge bei der Reduktion des Erzes als
auch bezüglich des Ofenbetriebes selbst für die Anlage wieder nutzbringend verwertet
werden. Die Abgase lassen sich entweder mit ihrer fühlbaren Wärme oder, soweit sie
noch einen genügenden Gehalt an Kohlenoxyd besitzen, unter Zuführung von Luft noch
für eine zusätzliche Außenbeheizung der Reduktionskammern oder der Wärmespeicher
oder beider Teile ausnutzen, oder sie werden in an sich bekannten Abwärmeverwertungsanlagen
zur Erzeugung von Dampf verwendet. Sie können aber auch in Wäschern von ihrem Kohlenoxydurid
Wassergehalt und gegebenenfalls auch von ihrem Stickstoff befreit und dann den Frischgasen
zugesetzt werden. Bei geeigneter Zusammensetzung der Frischgase kann ein Teil der
Abgase auch ungereinigt den Frischgasen wieder zugesetzt werden. Hierzu dient dann
der Injektor in.
-
Die Verwendung der Abgase oder von Teilströmen davon zur Dampferzeugung
und ihre Regenerierung in Wäschern wird in Verbindung miteinander dann mit Vorteil
angewandt, wenn als Reduktionsgase Generatorgase
verwendet werden.
In diesem Fall wird der erzeugte Dampf für die Wäscher zur Regenerierung der Abgase
verwertet, während die frei werdenden kohlendioxydhaltigen Gase unter den Generator
geblasen werden.
-
Weiter ist die Verwendung der Abgase oder von Teilströmen davon zur
Dampferzeugung und die Beimischung von Abgas zu dem Frischgas in Verbindung miteinander
dann zweckmäßig, wenn als Reduktionsgase solche Gase verwendet werden, die Methan
oder schwere Kohlenwasserstoffe in wesentlichen Mengen enthalten, z. B. Koksofengas
oder Erdgas. Bekanntlich scheidet sich bei starker Erwärmung aus diesen Gasen Kohlenstoff
aus und schlägt sich als Graphit an den Wänden oder.Prallflächen der Ofenräume nieder.
,Zur Vermeidung dieses Vorganges werden dem Frischgas vor seiner Einführung in den
Ofenraum oder auf dem Wege von seiner Einführung bis zur Reduktionskammer andere
Gase zugesetzt, die geeignet sind, bei dem unter Einfluß der Wärme eintretenden
Zerfall des Methans und der schweren Kohlenwasserstoffe mit dem frei werdenden Kohlenstoff
dieser Gase Kohlenoxyd zu bilden, beispielsweise Wasserdampf, Sauerstoff, Kohlendioxyd
oder Gemische dieser Gase untereinander oder mit inerten Gasen. Zur Zuführung dieser
Gase kann wiederum der lnjektor m dienen.
-
Bei dem beschriebenen Ofengang ist angenommen, daß alle Ofeneinheiten
der Anlage ein geschlossenes System bilden. Bei einer größeren Anzahl von Ofeneinheiten
können aber auch mehrere aufeinanderfolgende Ofeneinheiten als Gruppen zusammengefaßt
ein Beheizungssystem bilden. So können bei der dargestellten Ofenanlage mit zwölf
Ofeneinheiten je sechs Einheiten in zwei Gruppen zusammengefaßt werden. Beim Fortschreiten
des Ofens tritt jedesmal eine Kammer der ersten Gruppe zu der zweiten über. Die
Unterteilung in Gruppen ermöglicht es, die Zahl der verwendeten Kammereinheiten
dem Reduktionsverhalten der Erze anzupassen.