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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wirbelbett- bzw.
Wirbelschicht-Gasverteilervorrichtung nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1 zur Verwendung bei einem
Wirbelschicht-Vorreduktionsofen für Eisenerz, Chromerz und dgl.
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In Metallerzvorräten, einschließlich Eisenerz, neigen
ein Anteil an massivem Erz zu einer Abnahme und ein Anteil an
pulverförmigem Erz zu einer Zunahme. Derzeit wird eine
Konzentration, wie Schwimmaufbereitung bzw. Flotation oder
magnetische Trennung, fortlaufend (positively)
weiterentwickelt, um eine Gütestufe speziell eines minderwertigen
Erzes zu verbessern. Demzufolge dürfte sich die obengenannte
Tendenz in der Zukunft mehr und mehr verstärken.
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In neuerer Zeit ist ein sog. Schmelzreduktionsprozeß zum
Erzeugen einer Metallschmelze unmittelbar aus pulverförmigem
Erz bzw. Erzstaub entwickelt worden. Der
Schmelzreduktionsprozeß umfaßt die Schritte eines Vorreduzierens des Erzstaubs
in einem Wirbelschicht-Vorreduktionsofen, des anschließenden
Einführens des so erhaltenen, vorreduzierten Erzstaubs in
einen mit einem kohlenstoffartigen festen Reduktionsmittel
gefüllten Schmelzreduktionsofen sowie des Reduzierens und
Verflüssigens des vorreduzierten Erzstaubs im
Schmelzreduktionsofen zwecks Erzeugung der Metallschmelze.
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Wenn der Wirbelschicht-Vorreduktionsofen einen großen
Innendurchmesser aufweist, wird ein(e) Gasstrom- oder
-strömung in einer Wirbelschicht ungleichmäßig, wodurch eine
einwandfreie Fluidisierung erschwert wird. Zur Erzielung
eines gleichmäßigen Gasstroms wird daher an einem unteren
Abschnitt des Ofens, wo ein Einlaß für ein reduzierendes Gas
geformt ist, eine Gasverteilerplatte mit zahlreichen
Gasverteileröffnungen vorgesehen.
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Bei Verwendung eines im Schmelzreduktionsofen
anfallenden Hochtemperaturgases als reduzierendes Gas für die
Fluidisierung ergibt sich ein Problem, daß die
Gasverteileröffnungen der Gasverteilerplatte durch eine große Staubmenge, die
in dem im Schmelzreduktionsofen anfallenden Hochtemperaturgas
enthaltenen ist, verschlossen werden.
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Eine Lösung dieses Problems ist z.B. in der
offengelegten JP-Gebrauchsmusterveröffentlichung 62-29094 offenbart.
Fig. 4 zeigt eine Wirbelschicht-Gasverteilervorrichtung, wie
sie in diesem Dokument des Stands der Technik beschrieben
ist. In Fig. 4 ist mit der Bezugsziffer 3 allgemein diese, in
einem Vorreduktionsofen 1 angeordnete
Wirbelschicht-Gasverteilervorrichtung bezeichnet. Die Verteilervorrichtung 3
besteht aus einer Anzahl von in einer Längsrichtung derselben
bewegbaren Stäben 2, die in oberen und unteren waagerechten
Ebenen so angeordnet sind, daß sie einander - in Draufsicht
gesehen - schneiden. Zum Beseitigen einer abgesetzten
Substanz 12, wie auf einer Oberfläche eines jeden Stabs 2
abgelagertem Staub, wird der Stab 2 zeitweilig herausgezogen,
worauf die abgelagerte Substanz 2 abgequetscht (abgekratzt)
wird.
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Nachteilig an dieser bisherigen Vorrichtung ist aber,
daß die Stäbe durch Wärme deformiert werden, so daß ihr
Herausziehen unmöglich wird.
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Ferner hat die Anmelderin vorliegender Erfindung in der
JP-OS (Japanese Patent Laid-open Publication) 59-107185 eine
Technik vorgeschlagen, nach der deformierte, in Reihen
angeordnete Stäbe gedreht werden, um eine Öffnungsgröße
zwischen benachbarten der deformierten Stäbe zu ändern.
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Mit dieser Technik soll also die Öffnungsgröße zwischen
den benachbarten deformierten Stäben geändert werden. Es ist
dabei jedoch nicht vorgesehen, ein Verschließen der Öffnung
zwischen den Stäben durch den Staub zu verhindern.
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Die Vorveröffentlichung US-A-4 129 411 offenbart einen
Fluidverteiler, der in einer bevorzugten Ausführungsform eine
Reihe (array) von waagerechten, parallelen Rollen aufweist,
die an ihren Enden gelagert sind und durch eine
Drehvorrichtung angetrieben werden. Alle Rollen oder jede zweite Rolle
weisen eine Anzahl von Umfangsnuten oder -schlitzen auf, die
mit benachbarten Rollen Öffnungen für den Durchtritt von
Fluid durch den Verteiler festlegen. Geeignete
Ablagerungsbeseitigungsmittel sind entweder an den Rollen oder an
getrennten Tragmitteln so montiert, daß sie den jeweiligen
Nuten oder Schlitzen in den Rollen gegenüberliegen und von
den Nuten oder Schlitzen aufnehmbar sind; bei einer
Relativbewegung zwischen den genuteten oder geschlitzen Rollen und
den Ablagerungsbeseitungsmitteln wird durch letztere
abgelagertes Material aus den Nuten oder Schlitzen entfernt.
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Dieser vorbekannte Verteiler kann dann nicht eingesetzt
werden, wenn feine und sehr harte Eisenerze verarbeitet und
bei einer hohen Reduktionstemperatur von z.B. 980º reduziert
werden. Der Grund dafür besteht darin, daß die normale
Drehung der eng aneinander anliegenden Stäbe nicht möglich ist,
wenn diese Stäbe durch Wärmespannung ausgelenkt (verbogen)
oder durch harte Teilchen deformiert sind.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die
Schaffung einer Wirbelschicht-Gasverteilervorrichtung, mit welcher
die Wärmedeformation der Stäbe und auch das Verstopfen
(blinding) der Gasverteilerplatte durch den Staub verhindert
werden können, so daß eine Betriebslebensdauer der Stäbe
verlängert und die Wirbelschicht stabilisiert wird bzw. ist.
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Gegenstand dieser Erfindung ist eine
Wirbelschicht-Gasverteilervorrichtung mit einem Rost aus zahlreichen
drehbaren Stäben jeweils eines kreisförmigen Querschnitts,
welche Stäbe in einer waagerechten Ebene in Reihen angeordnet
sind, ünd einer Drehvorrichtung zum Drehen jedes der Stäbe,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Stäbe lotrecht in
mehreren waagerechten Ebenen derart angeordnet sind, daß die
Stäbe in den benachbarten waagerechten Ebenen einander
schneiden bzw. kreuzen.
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Die Stäbe in den lotrecht benachbarten waagerechten
Ebenen schneiden bzw. kreuzen einander - in Draufsicht
gesehen - unter einem rechten Winkel oder unter schrägen
Winkeln.
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Vorzugsweise beträgt ein Öffnungsverhältnis des Rosts 2
- 10%.
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Die Drehvorrichtung ist vorzugsweise als kontinuierlich
rotierende Vorrichtung ausgelegt. Dabei liegt eine Drehzahl
eines jeden durch die kontinuierlich rotierende Vorrichtung
zu drehenden Stabs vorzugsweise im Bereich von 0,1 - 3,0/min.
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Die Drehvorrichtung kann (auch) als intermittierend
rotierende Vorrichtung ausgebildet sein.
(Kurzbeschreibung der Zeichnungen)
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Fig. 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform
dieser Erfindung, wobei Fig. 1(a) eine lotrechte
Schnittansicht einer aus zwei Stufen aus jeweils zahlreichen
bewegbaren Stäben gebildeten Verteilerplatte und Fig. 1(b) eine
Seitenansicht der Drehvorrichtung für die bewegbaren Stäbe
nach Fig. 1(a) sind; Fig. 2 zeigt eine zweite bevorzugte
Ausführungsform dieser Erfindung, wobei Fig. 2(a) eine
lotrechte Schnittansicht einer aus drei Stufen aus jeweils
zahlreichen bewegbaren Stäben gebildeten Verteilerplatte und
Fig. 2(b) eine Seitenansicht einer Drehvorrichtung für die
bewegbaren Stäbe nach Fig. 2(a) sind; Fig. 3 ist eine
graphische Darstellung zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der
vorliegenden Erfindung; und Fig. 4 ist eine lotrechte
Schnittansicht der Wirbelschicht-Gasverteilervorrichtung nach dem
Stand der Technik.
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Erfindungsgemäß wird jeder Stab gedreht. Die Drehung des
Stabs ist aus folgenden Gründen vorteilhaft:
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1. Eine Last von pulverförmigem Erz bzw. Erzstaub wird auf
den Stab in einer Schnittrichtung desselben ausgeübt
(placed) . Wenn ferner am Stab eine
Temperaturverteilungsdifferenz auftritt, wird der Stab deformiert. Durch Drehen
des Stabs können jedoch die Last und die
Temperaturverteilungsdifferenz gemittelt bzw. verteilt (averaged) werden, um
damit die Deformation des Stabs zu vermeiden.
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2. In einem eingeführten reduzierenden Gas enthaltener
Staub und aus einer Wirbelschicht herabfallende Teilchen
setzen sich auf dem Stab ab. Wenn sich der Stab in
Ruhestellung befindet, lagern sich der Staub und die Teilchen auf
seinen Ober- und Unterseiten, jedoch in Abhängigkeit von dem
im Ofen hochsteigenden Gas nicht an seinen Seitenflächen ab.
Durch Drehen des Stabs wird jedoch die Ablagerung von Staub
und Teilchen auf der Gesamtoberfläche des Stabs vermieden.
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Fig. 1 veranschaulicht eine erste bevorzugte
Ausführungsform dieser Erfindung. Insbesondere zeigt Fig. 1(a) eine
Verteilerplatte 3a, die aus zwei Stufen aus jeweils
zahlreichen, in Reihen angeordneten bewegbaren Stäben 2a gebildet
ist; Fig. 1(b) veranschaulicht eine Drehvorrichtung für die
bewegbaren Stäbe 2a gemäß Fig. 1(a).
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Gemäß den Fig. 1(a) und 1(b) erstreckt sich jeder
bewegbare Stab 2a durch zwei Gasdichtungen 7 aus einem
Vorreduktionsofen 1 heraus, wobei er an seinen
gegenüberliegenden Endabschnitten in zwei außerhalb des Ofens 1
vorgesehenen Lagern 6 drehbar gelagert ist. Die bewegbaren Stäbe
2a werden durch die Drehvorrichtung gedreht, wobei ein Ritzel
5 am einen Ende jedes bewegbaren Stabs 2a fest montiert ist
und ein Paar oberer und unterer Zahnstangen 4, die mit den
Ritzeln 5 in Eingriff stehen, durch ein Paar aus rechten und
linken Zylindern 8 hin- und hergehend bewegt werden.
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Fig. 2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform
dieser Erfindung. Insbesondere veranschaulicht Fig. 2(a) eine
Verteilerplatte 3a, die aus drei Stufen aus jeweils
zahlreichen, in Reihen angeordneten bewegbaren Stäben 2a besteht;
Fig. 2(b) veranschaulicht eine Drehvorrichtung für die
bewegbaren Stäbe 2a gemäß Fig. 2(a).
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Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform besteht die
Drehvorrichtung für jeden bewegbaren Stab 2a aus Kettenrädern
10, die an jedem bewegbaren Stab 2a an dessen
gegenüberliegenden Endabschnitten fest montiert sind, um die Kettenräder
10 herumgelegten Ketten 9 sowie Motoren 11 zum Antreiben der
Ketten 9. Wahlweise können die Ketten 9 und die Kettenräder
10 durch Riemen bzw. Riemenscheiben ersetzt werden.
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Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Arbeitsweise
der vorliegenden Erfindung.
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In Fig. 3 sind auf der Abszisse eine Drehgeschwindigkeit
(Drehzahl) des Stabs und auf der Ordinate ein
Ablagerungssubstanz-Beseitigungsgrad aufgetragen. Letzterer ist oder
wird durch folgende Gleichung definiert: Ablagerungssubstanz-
Beseitigungsgrad = [(t&sub1; - t&sub0;)/t&sub1;] x 100%; darin bedeuten:
t&sub0; (mm) = Dicke einer Ablagerungssubstanz, die sich auf dem
Stab innerhalb einer Woche in dem Fall, daß der Stab im
Betrieb gedreht wird, abgelagert hat; und t&sub1; (mm) = Dicke der
innerhalb einer Woche auf dem Stab abgelagerten
Ablagerungssubstanz in dem Fall, daß der Stab im Betrieb nicht gedreht
wird.
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Die graphische Darstellung gemäß Fig. 3 zeigt eine
Beziehung zwischen der Drehgeschwindigkeit des Stabs und dem
Ablagerungssubstanz-Beseitigungsgrad für den Fall eines
kontinuierlichen Drehens des Stabs. Wenn, wie aus Fig. 3
hervorgeht, die Drehgeschwindigkeit weniger als 0,1/min
beträgt, werden die oben unter 1. und 2. beschriebenen
Wirkungen nicht erreicht, während bei einer
Drehgeschwindigkeit von mehr als 3,0/min die Wirkungen "in Sättigung
gelangen" und die Energiekosten nutzlos ansteigen.
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Bei kontinuierlichem Drehen des Stabs beträgt demzufolge
die Drehgeschwindigkeit vorzugsweise 0,1 bis 3,0/min.
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Im folgenden sind einige Beispiele der obigen
bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.
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1. Die Verteilervorrichtung gemäß der ersten
bevorzugten Ausführungsform wurde unter folgenden Bedingungen
betrieben:
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Durchmesser des Stabs: 40 mm
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Länge des Stabs: 1200 mm
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Werkstoff des Stabs: Warmfeste Legierung
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Drehgeschwindigkeit des Stabs: 2,0/min
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Atmosphärentemperatur: 980ºC
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Gaszusammensetzung der Atmosphäre: H&sub2;O 20 %
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CO 45%
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N&sub2; 34 %
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Spurengas: 1 %
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Zu reduzierendes Erz: Eisenerz (Teilchengröße: 5 mm
oder darunter)
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Als Ergebnis dieses Betriebs entstanden auf dem Stab
keine Substanzablagerungen; die Betriebslebensdauer des Stabs
war auf bis zu 6 Monate verlängert, im Vergleich zu 1 Monat
beim Stand der Technik.
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2. Die Verteilervorrichtung gemäß der zweiten
bevorzugten Ausführungsform wurde unter folgenden Bedingungen
betrieben:
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Durchmesser des Stabs: 30 mm
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Länge des Stabs: 1800 mm
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Werkstoff des Stabs: Warmfeste Legierung
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Drehgeschwindigkeit des Stabs: 1,0/min
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Atmosphärentemperatur: 1030ºC
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Gaszusammensetzung der Atmosphäre: H&sub2; 17 %
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H&sub2;O 0,6 %
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CO 32%
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CO&sub2; 1 %
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N&sub2; 49 %
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Spurengas: 0,4 %
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Lotrechte Projektionsfläche der durch die Stäbe
festgelegten Öffnung: 35 x 35 mm
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Bei diesem Betrieb entstand keinerlei
Substanzablagerung, auch wenn die Verteilerplatte 1 Jahr lang betrieben
wurde. Im Gegensatz dazu betrug die Betriebslebensdauer der
herkömmlichen Verteilerplatte durchschnittlich 1 Monat; im
ungünstigsten Fall bildete sich eine Ablagerungssubstanz in
etwa 6 Tagen unter Verschließen der Öffnungen der
Verteilerplatte.
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Erfindungsgemäß werden die folgenden hervorragenden
Wirkungen gewährleistet:
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1) Die Deformation des Stabs wird unter Verlängerung
seiner Betriebslebensdauer vermieden.
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2) Die am Stab abgelagerte Substanz kann entfernt
werden, so daß damit ein stabiler Zustand einer Wirbelschicht
gewährleistet werden kann.
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Im Fall des intermittierenden Drehens der Stäbe werden
diese bevorzugt alle 5 bis 10 s gedreht. Das
Öffnungsverhältnis der Verteilervorrichtung ist als ein Verhältnis der
projizierten Öffnungsfläche (projected opening area) der
Verteilervorrichtung zu ihrer gesamten Ebenen- bzw.
Oberfläche definiert. Während das Öffnungsverhältnis bei einer
Fluidisiervorrichtung für feine Teilchen normalerweise 2 bis
5 -% beträgt, wird es im Hinblick auf die Verhinderung eines
Verschließens (Verstopfens) der Verteilervorrichtung sowie
die Verhinderung eines Hindurchfallens der Teilchen durch die
Verteilervorrichtung vorzugsweise im Bereich von 2 bis 10 %
eingestellt.