EP0904415B1 - Vorrichtung zur erzeugung von eisenschwamm - Google Patents

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EP0904415B1
EP0904415B1 EP97924927A EP97924927A EP0904415B1 EP 0904415 B1 EP0904415 B1 EP 0904415B1 EP 97924927 A EP97924927 A EP 97924927A EP 97924927 A EP97924927 A EP 97924927A EP 0904415 B1 EP0904415 B1 EP 0904415B1
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EP
European Patent Office
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reduction
gas
reduction shaft
shaft
channels
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP97924927A
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English (en)
French (fr)
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EP0904415A1 (de
Inventor
Bogdan Vuletic
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Voest Alpine Industrieanlagenbau GmbH
Original Assignee
Deutsche Voest Alpine Industrieanlagenbau GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Deutsche Voest Alpine Industrieanlagenbau GmbH filed Critical Deutsche Voest Alpine Industrieanlagenbau GmbH
Publication of EP0904415A1 publication Critical patent/EP0904415A1/de
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Publication of EP0904415B1 publication Critical patent/EP0904415B1/de
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0006—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state
    • C21B13/0013—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state introduction of iron oxide into a bath of molten iron containing a carbon reductant
    • C21B13/002—Reduction of iron ores by passing through a heated column of carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/02—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in shaft furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/14—Multi-stage processes processes carried out in different vessels or furnaces

Definitions

  • the invention relates to a device according to Preamble of claim 1.
  • Part of the remaining gap volume is filled with fine particles, which are introduced with the raw material and partly in the reduction shaft by reducing the iron carriers or calcining the additives.
  • the absorption capacity of the reduction shaft for this is severely limited, since a larger part of the gap volume for the flow of the reduction gas through the bed must be preserved, so that the minimum amount of specific reduction gas required for the reduction of the iron oxides and the calcination of the additives with moderate and limited pressure loss can be passed through the reduction shaft. If a certain pressure loss, which is dependent on the grain size, the grain composition and the gap volume of the bed, is exceeded, the known "hanging" of the bed and the formation and passage of part of the reducing gas through the channels occur without being involved in the reduction process.
  • the result of this is a low degree of metallization, a low carburization of the sponge iron, a low degree of calcination of the additives, a low performance of the plant and a poor quality of the pig iron.
  • a minimum specific amount of the reducing gas is required, which is passed through the reduction shaft without channel formation and without the bed becoming stuck.
  • This specifically required amount of reducing gas depends on the degree of oxidation of the reducing gas, the iron content of the iron oxides, the decomposition properties of the iron oxides used at low temperatures, the amount and the decomposition properties of the additives and other factors and is approximately 1050 m n 3 reducing gas per ton of iron oxides.
  • bricked-up hot gas cyclones with moderate efficiency are used as dedusting units for the reducing gas used, so that this still contains considerable amounts of dust and thus there is a relatively small margin for the specific amount of reducing gas upwards.
  • a device is already known from JP-A-52294127 for the production of sponge iron from iron oxides in a reduction shaft using a reduction gas known. This will work across several in the same Height arranged on the circumference of a reduction shaft Gas inlets introduced into the reduction shaft. In addition, this is below the level side gas inlets another gas inlet for the Reduction gas in the radial center of the reduction shaft intended. This gas inlet is through the inner open end of a radially from the outside to the middle of the reduction shaft pipe formed, which is closed in its longitudinal direction and the reducing gas through its outer open end is fed. This measure is intended to more uniform reduction of iron oxides over the Shaft cross-section can be reached. The problem the introduction of a dust-laden reducing gas is not discussed here.
  • US-A-4 118 017 discloses an apparatus for the production of sponge iron from iron oxides in a reduction shaft using a hot reducing gas, which is about in the middle Height of the reduction shaft over several others Scope arranged gas inlets is supplied. At the the lower end tapers, this end consisting of several interlocked frustoconical sections. On the outside Each of these sections contains gas inlets for used as cooling gas for the sponge iron cold reducing gas. Again, is not on the problem of using a dust-laden Reduced gas received.
  • fed cylindrical reduction shaft 1 has a flaring down Cross section and has a in its upper area A. Taper of about 2 °, in its middle, about 5 m high area B a taper of about 0.5 ° and in its lower area C, about 2 m high, has a conicity from 2.5 ° to. Furthermore, he has in his lower Area of several funnel-shaped product outlets 5, only two of which are shown in FIG. 1 and six in FIG. 2 are. The preferably funnel-shaped Extensions or connecting lines 5a of the product outlets 5 lead directly into the horizontal or slightly arched bottom of the reduction shaft 1.
  • the product outlets 5 are by internals made of refractory material, namely partitions 9 and a conical block 10 in the radial center of the reduction shaft 1 with water or nitrogen-cooled Brackets 6 formed.
  • a water-cooled Carrier 12 with a protective tube 13 surrounding it and insulation in the lower area between them eccentrically arranged tubes as well as a placed on the carrier 12 and down open channel 11 in the form of a half-pipe shell with elongated side walls is shown in Fig. 3.
  • the carrier 12 with the channels 11 are above the product outlets 5 arranged and are with its radially inner end on the brackets 6 of the Blocks 10 supported from refractory material.
  • In the Channels 11 and lines 8 are reducing gas from the outside initiated, as indicated by arrows 15.
  • a normal operation of such a system with the Initiation of a hot, dusty and carbon monoxide rich Reduction gas only on the circumference of the reduction shaft 1 via a bustle channel 2 and reducing gas inlets 3 is when using piece ore only good with smaller ones and when using pellets Quality possible with larger reduction shafts.
  • a diameter of the Reduction shaft of about 5 to 6 m can serve as a limit viewed between these two embodiments become.
  • funnel-shaped connecting lines 5a on the bottom of the reduction shaft 1 welded or with flange connections are attached and the funnel-shaped product outlets Extend 5 is a steep one, for slipping of the material required angle and at the same time a greater height of the bed than gas barrier for reducing the pressure difference between the melter and the reduction shaft 1.
  • the introduction of part of the reducing gas over the inlets 15 in the radially central region of the Reduction shaft 1 should be about 2 m below the Level of the side reducing gas inlets 3 through at least one channel 11 each made of heat-resistant Steel and / or a water-cooled line 8, the preferably directly above each product outlet 5 or are arranged above each intermediate wall 9, respectively.
  • the channels 11 for the introduction and distribution of the reducing gas are in the form of half-pipe shells made of heat-resistant steel with extended side walls executed and from above on the water-cooled tubular support 12 placed so that the extended sides of the half-pipe shells after form open channels 11 at the bottom.
  • This version has the advantage that the wide horizontal or light downward sloping open channels 11 not with material or clog dust that very large Areas of the bed for the introduction of the reducing gas stand by and that through a quick downward sinking and strongly loosened fill good conditions for deposition in this area the dust from the introduced reducing gas and for the removal of the in the upper areas separated dust can be created.
  • the dusty one Reducing gas is applied across the entire cross section of the reduction shaft 1 access in allows less dusty areas of the fill.
  • the lower volume part of the reduction shaft 1, which is almost a third of the volume of the Reduction shaft 1, which as Gas barrier serves and does not participate in the reduction process, is by introducing colder reducing gas for a stronger carburization and residual reduction of the sponge iron. This allows the reduction zone and thus the entire reduction shaft be built smaller and lighter, which makes Medium-sized reduction shafts with a total weight of about 1500 tons and more as well as one large span of the beams a considerable advantage results.
  • a higher carbon content and a higher metallization of the iron sponge reduce the energy requirement of the melter gasifier and contribute to a more uniform Operation and better quality of cast iron at.
  • the reducing gas is therefore on the Inlets 15 with a lower temperature than that of the remaining reducing gas supplied to better Conditions for carburizing the sponge iron in the to create the lower region of the reduction shaft 1.
  • a 50 ° to 100 ° C lower is considered optimal Temperature for this partial flow of the reducing gas to watch.
  • Another cooling down to about 650 ° C, which is ideal for carburizing the sponge iron would, however, would cool down in the Center of the shaft and thus to a lower metallization lead in this area.
  • the Half-pipe shells of channels 11 with the extended ones side walls can be made in one piece or with very few welds at uncritical points are manufactured and serve as wear protection and Thermal insulation for the water-cooled beams 12. Um to keep the heat losses of the beams 12 low, they are made with the additional protective tube 13 heat-resistant steel.
  • the lower, temperature more stressed area between the two tubes lying eccentrically to each other stuffed with insulating wool 14, and the protective tube 13 is preferably in the upper region transverse to it Slotted axially at a certain distance to a Deformation due to different heat loads avoid.
  • the carrier 12 and / or the lines 8 are in the wall of the reduction shaft 1 and on the embedded in the partitions 9 and the block 10 Brackets 6 supported so that none long and strong carrier 12 and / or lines 8 for the construction of large reduction shafts required are. It is advantageous to use the conical block 10 embedded brackets 6 for supporting the Pipe support 12 and the channels 11 to use.
  • the conicity of the reduction zone of the Reduction shaft 1 are the amount of dust entered, the swelling of the iron oxides, the decay properties and grain composition of the iron oxides and additives and the content of carbon monoxide in the Reducing gas to be considered.
  • the area of the side inlets 3 for the reducing gas up to a height of about 2 m above which the largest Dust and the greatest risk of sticking of the fill will be high conicity of about 2.5 ° so that the bed opens and can pick up the dust.
  • Another strong one Reducing the cross section upwards would be for that Intake of the dust is beneficial, but it would too a greater increase in the specific pressure drop in the upper areas of the reduction shaft 1 due to an increase in gas temperature or gas velocity to lead.
  • the loading of the reduction shaft 1 with iron oxides, which may be mixed with additives are done via the in the upper area in a circle with the center in the longitudinal axis of the Reduction shaft 1 arranged manifolds 4. Their number is at least twice that Number of product outlets 5.
  • the manifolds should be in two Circles and larger numbers can be built in to the To minimize segregation of the corrugation and a reinforced Gas flow in the edge area and in the middle the reduction shaft, due to a strong M-profile, to avoid.
  • the distribution pipes 4 are symmetrical arranged to the axes of the product outlets 5.
  • the in the middle area of the reduction shaft 1 through the inlets 15 introduced amount of the reducing gas is medium in the case of reduction shafts Size advantageous at about 30% of the total Reducing gas, so that a large outer ring with about 70% of the reducing gas over the Bustlekanal 2 and the inlets 3 is supplied.
  • the amount of gas is also reduced by about 30% Loading of the fill in this area with the Dust around 30%, causing the formation of channels and stuck the bed in a normal Operation is no longer expected.
  • a smaller one Part of the introduced via the downwardly open channels 11 Reducing gas is also in the outer ring, the main amount, however, in the radially central area into the less dusty bed of the reduction shaft 1 flow into it. With large reduction shafts becomes the introduced amount of the reducing gas in the radially central area of the reduction shaft increase accordingly.
  • the carriers 12 also carry one large part of the weight of the material column above, so they put the bulk in the production outlets 5 relieve and loosen it up and in this funnel-shaped areas narrowed downwards does not come to bridging.
  • the channels 11 can be star-like or parallel to each other be installed.
  • the leads to these are laid on a slope so that this through dust deposits and kicking back the bed in the event of pressure fluctuations in the system do not clog.
  • the elongated side walls of the open to the bottom Channels 11 are stiffened at certain intervals and spacers 16 so that a Narrowing of the canal by pressing together parallel walls avoided by the fill becomes.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Reduktion von stückigen Eisenoxiden in einem Reduktionsschacht mit staubhaltigem und kohlenmonoxidreichem Reduktionsgas aus einem Einschmelzvergaser in einer Eisenerzreduktions-Schmelzanlage kann nur ein Teil des Lückenvolumens der Schüttung im Reduktionsschacht zur Aufnahme des Staubes, der mit dem Reduktionsgas in den Reduktionsschacht eingetragen wird, genutzt werden. Neben dem Staub, der mit dem Reduktionsgas eingetragen wird, wird bei Anlagen, bei denen der Reduktionsschacht über Fallrohre mit dem Einschmelzvergaser verbunden ist, eine zusätzliche Staubmenge mit dem Vergasergas über die Fallrohre und Austragsvorrichtungen in den unteren Bereich des Reduktionsschachtes eingetragen. Der Staubgehalt dieses Vergasergases ist um mehrere Male höher als derjenige des zielgerichtet in den Reduktionsschacht eingeführten Reduktionsgases, das zuvor in Heißgaszyklonen entstaubt wurde. Neben diesem Staub wird über die Fallrohre zusätzlich der Staub aufgrund der Windsichtung des ausgetragenen Eisenschwamms und gegebenenfalls der kalzinierten Zuschlagstoffe durch das aufströmende Vergasergas zum Reduktionsschacht zurückbefördert. Der Gesamtstaub führt zu einer stärkeren Verstaubung des unteren Bereichs des Reduktionsschachtes, zu Kanalbildungen, zu einem Hängenbleiben der Schüttung sowie zu einem unkontrollierten Austrag des Eisenschwamms durch die Austragsvorrichtungen. Besonders nachteilig wirkt sich aus, daß der über die Fallrohre aus dem Einschmelzvergaser in den Reduktionsschacht gelangende Staub teerhaltige und nur zum Teil entgaste Kohlepartikel sowie andere Komponenten, die zu einer Agglomeratbildung führen, enthält.
Bei einer stärkeren Verstaubung der Eisenoxid-Schüttung im Bustle- bzw. Eintrittsbereich des Reduktionsgases erhöht sich der Druckunterschied zwischen dem Einschmelzvergaser und dem unteren Teil des Reduktionsschachtes und dementsprechend des über die Fallrohre und die Austragsschnecken aufströmenden stark verstaubten Vergasergases, durch welche dieses einen direkten Zugang zur wenig verstaubten Schüttung in der Mitte des Reduktionsschachtes hat. Durch den erhöhten Druckunterschied wirkt die Windsichtung in den Fallrohren immer stärker, der Staubgehalt des zurückströmenden Gases wird immer höher und die Schüttung im unteren Bereich des Reduktionsschachtes kann mit dem Kreislaufstaub so angereichert werden, daß wegen der hohen Reibungskräfte in der mit Staub angereicherten Schüttung ganz geringe Druckunterschiede ausreichen, um die Schüttung zum Hängenbleiben zu bringen, was zu den bekannten Phänomenen der Kanalbildung und der ungestörten Strömung des Gases mit sehr hohem Staubgehalt aus dem Einschmelzvergaser in den Reduktionsschacht zur Folge hat. Ein Teil des Staubes wird weiterhin aus dem unteren Teil des Reduktionsschachtes nach oben in die Reduktionszone transportiert und führt auch dort zur Verstaubung der Schüttung und zu einer Kanalbildung. Solche starken Verstaubungen des Bustlebereiches können auftreten, wenn zu viel Unterkorn mit der Kohle eingetragen wird, wenn in der Kohlemischung eine größere Menge Kohle eingesetzt wird, die bei hohen Temperaturen stark zerfällt, wenn extrem hohe Temperaturen im Vergaser auftreten, die zu einem stärkeren Kohlezerfall führen, bei einem stärkeren Erzzerfall im Reduktionsschacht und bei einem Ausfall bzw. Teilausfall der Staubrückführung. Wenn solche Fälle auftreten, benötigt der Reduktionsschacht eine ziemlich lange Zeit, bis er sich vom Staub gereinigt hat, da ein Teil des Staubes durch gebildete Kanäle immer wieder nach oben gefördert wird.
Vom restlichen Lückenvolumen wird ein Teil durch Feinpartikel, die mit dem Rohmaterial eingetragen und zum Teil im Reduktionsschacht durch Reduktion der Eisenträger bzw. Kalzinierung der Zuschlagstoffe entstehen, ausgefüllt. Die Aufnahmekapazität des Reduktionsschachtes hierfür ist stark begrenzt, da ein größerer Teil des Lückenvolumens für die Strömung des Reduktionsgases durch die Schüttung erhalten bleiben muß, damit die für die Reduktion der Eisenoxide und die Kalzinierung der Zuschlagstoffe minimal erforderliche spezifische Reduktionsgasmenge unter mäßigem und nach oben begrenztem Druckverlust durch den Reduktionsschacht hindurchgeführt werden kann. Bei Überschreitung eines bestimmten, von der Korngröße, der Kornzusammensetzung und dem Lückenvolumen der Schüttung abhängigen Druckverlustes kommt es zum bekannten "Hängen" der Schüttung sowie zu einer Kanalbildung und Durchströmung eines Teils des Reduktionsgases durch die Kanäle, ohne am Reduktionsprozeß beteiligt zu sein. Das Ergebnis hiervon sind ein niedriger Metallisierungsgrad, eine niedrige Aufkohlung des Eisenschwamms, ein niedriger Kalzinierungsgrad der Zuschlagstoffe, eine niedrige Leistung der Anlage sowie eine schlechte Qualität des Roheisens. Daher ist für einen normalen Betrieb eine minimale spezifische Menge des Reduktionsgases erforderlich, die ohne Kanalbildung und ohne ein Hängenbleiben der Schüttung durch den Reduktionsschacht hindurchgeführt wird. Diese spezifisch erforderliche Reduktionsgasmenge hängt vom Oxidationsgrad des Reduktionsgases, dem Eisengehalt der Eisenoxide, den Zerfallseigenschaften der eingesetzten Eisenoxide bei niedrigen Temperaturen, der Menge und den Zerfallseigenschaften der Zuschlagstoffe sowie anderen Faktoren ab und beträgt etwa 1050 mn 3 Reduktionsgas pro Tonne Eisenoxide. Wegen der hohen Temperaturen des Vergasergases und wegen eines geringen Druckverlustes in der als Gassperre für das unentstaubte Vergasergas über die Fallrohre dienenden Schüttung, welcher durch einen großen Querschnitt des Reduktionsschachtes im unteren Bereich gegeben ist, werden ausgemauerte Heißgaszyklone mit einem mäßigen Wirkungsgrad als Entstaubungsaggregate für das Reduktionsgas eingesetzt, so daß dieses auch nachträglich noch beträchtliche Mengen an Staub enthält und dadurch bei der spezifischen Reduktionsgasmenge ein relativ geringer Spielraum nach oben gegeben ist. Durch die Einleitung des Reduktionsgases im Bustlebereich nur am Umfang des Reduktionsschachtes wird der für die Abscheidung des Staubes noch frei verfügbare Teil des Lückenvolumens der Schüttung in der radialen Mitte des Reduktionsschachts kaum genutzt, wodurch die durchsetzbare spezifische Reduktionsgasmenge noch kleiner und der Außenring der Schüttung im Bereich der Gaseinlässe stärker als erforderlich verstaubt werden. In diesem Außenring fangen dann die Kanalbildung und das Hängenbleiben der Schüttung an. Je größer der Durchmesser des Reduktionsschachtes ist, desto kleiner ist die spezifische Reduktionsgasmenge, die durch den Reduktionsschacht ohne ein Hängenbleiben und ohne eine Kanalbildung durchgesetzt werden kann.
Aus der JP-A-52294127 ist bereits eine Vorrichtung zur Erzeugung von Eisenschwamm aus Eisenoxiden in einem Reduktionsschacht unter Verwendung eines Reduktionsgases bekannt. Dies wird über mehrere in gleicher Höhe am Umfang eines Reduktionsschachtes angeordnete Gaseinlässe in den Reduktionsschacht eingeleitet. Zusätzlich ist unterhalb der Ebene dieser seitlichen Gaseinlässe ein weiterer Gaseinlaß für das Reduktionsgas in der radialen Mitte des Reduktionsschachts vorgesehen. Dieser Gaseinlaß wird durch das innere offene Ende eines radial von der Außenseite zur Mitte des Reduktionsschachts verlaufenden Rohres gebildet, das in seiner Längsrichtung geschlossen ist und über dessen äußeres offenes Ende das Reduktionsgas zugeführt wird. Durch diese Maßnahme soll eine gleichmäßigere Reduktion der Eisenoxide über den Schachtquerschnitt erreicht werden. Die Problematik der Einführung eines staubbeladenen Reduktionsgases wird hier nicht erörtert.
Weiterhin offenbart die US-A-4 118 017 eine Vorrichtung zur Erzeugung von Eisenschwamm aus Eisenoxiden in einem Reduktionsschacht unter Verwendung eines heißen Reduktionsgases, das etwa in der mittleren Höhe des Reduktionsschachtes über mehrere an dessen Umfang angeordnete Gaseinlässe zugeführt wird. Am unteren Ende verjüngt sich der Reduktionsschacht, wobei dieses Ende aus mehreren ineinandergefügten kegelstumpfförmigen Abschnitten besteht. Am äußeren Umfang jedes dieser Abschnitte befinden sich Gaseiniässe für als Kühlgas für den Eisenschwamm verwendetes kaltes Reduktionsgas. Auch hier wird nicht auf die Problematik des Einsatzes eines staubbeladenen Reduktionsgases eingegangen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß eine Aufkohlung und verstärkte Reduktion des Eisenschwamms erhalten werden, daß die im radial mittleren Bereich wenig verstaubte Schüttung für die Abscheidung von Staub genutzt wird, daß ein größerer Druckverlust in der Schüttung im unteren Bereich des Reduktionsschachtes auftritt, so daß Heißgaszyklone mit einem größeren Druckverlust und damit einem höheren Abscheidegrad zur Entstaubung des als Reduktionsgas verwendeten Vergasergases eingesetzt werden können, daß die Menge des über die Fallrohre in den Reduktionsschacht strömenden staubhaltigen Vergasergase stark begrenzt wird, und daß durch eine gleichmäßige Verstaubung der gesamten Schüttung kein zusätzlicher Druckunterschied über die Verbindungsleitungen bzw. Fallrohre zwischen dem Einschmelzvergaser und dem unteren Teil des Reduktionsschachtes auftritt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
einen senkrechten Schnitt durch einen Reduktionsschacht,
Fig. 2
einen horizontalen Schnitt durch den Reduktionsschacht nach Fig. 1 zwischen dem Bustlebereich und dem Bereich der Kanäle für die zusätzliche Einleitung von Reduktionsgas, und
Fig. 3
einen senkrechten Schnitt durch einen Kanal für die Zuführung von Reduktionsgas.
Der von oben, das heißt oberhalb der Reduktionszone über Verteilerrohre 4, von denen in Fig. 1 nur zwei wiedergegeben sind, beschickte zylindrische Reduktionsschacht 1 hat einen sich nach unten erweiternden Querschnitt und weist in seinem oberen Bereich A eine Konizität von etwa 2°, in seinem mittleren, etwa 5 m hohen Bereich B eine Konizität von etwa 0,5° und in seinem unteren, etwa 2 m hohen Bereich C eine Konizität von 2,5° auf. Weiterhin hat er in seinem unteren Bereich mehrere trichterförmige Produktauslässe 5, von denen in Fig. 1 nur zwei und in Fig. 2 sechs wiedergegeben sind. Die vorzugsweise trichterförmigen Verlängerungen bzw. Verbindungsleitungen 5a der Produktauslässe 5 münden direkt im waagerecht oder leicht gewölbt ausgebildeten Boden des Reduktionsschachtes 1. Die Produktauslässe 5 sind durch Einbauten aus Feuerfestmaterial, nämlich Zwischenwänden 9 und einem konischen Block 10 in der radialen Mitte des Reduktionsschachts 1 mit wasser- oder stickstoffgekühlten Halterungen 6 gebildet. Ein wassergekühlter Träger 12 mit einem diesen umgebenden Schutzrohr 13 und einer Isolierung im unteren Bereich zwischen diesen exzentrisch zueinander angeordneten Rohren sowie ein auf den Träger 12 aufgesetzter und nach unten offener Kanal 11 in Form einer Halbrohrschale mit verlängerten seitlichen Wänden ist in Fig. 3 dargestellt. Die Träger 12 mit den Kanälen 11 sind oberhalb der Produktauslässe 5 angeordnet und werden mit ihrem radial inneren Ende auf den Halterungen 6 des Blocks 10 aus Feuerfestmaterial abgestützt. In die Kanäle 11 bzw. Leitungen 8 wird von außen Reduktionsgas eingeleitet, wie durch Pfeile 15 angedeutet ist. Im Bereich der Einleitung des Reduktionsgases werden die seitlichen Wände der Kanäle 11 tiefer gezogen und die Ausmauerung wird stärker ausgeführt, um horizontale Flächen, auf denen der abgelagerte Staub liegen bleiben kann, zu vermeiden. Ein größeres Gefälle kann erreicht werden, wenn die Gasanschlüsse 15 seitlich und schräg in bezug auf den Träger 12 angeordnet werden. Am unteren Ende der Verbindungsleitungen 5a befindet sich vorteilhaft jeweils eine in den Figuren nicht dargestellte Austragsvorrichtung für den Eisenschwamm.
Ein normaler Betrieb einer derartigen Anlage mit der Einleitung eines heißen, staubhaltigen und kohlenmonoxidreichen Reduktionsgases nur am Umfang des Reduktionsschachtes 1 über einen Bustlekanal 2 sowie Reduktionsgaseinlässe 3 ist bei Einsatz von Stückerz nur bei kleineren und bei Einsatz von Pellets guter Qualität bei größeren Reduktionsschächten möglich. Bei großen Anlagen, die mit normalen Rohstoffen betrieben werden, ist es dagegen fast unumgänglich, daß ein Teil des Reduktionsgases in die radiale Mitte des Reduktionsschachtes 1 eingeleitet wird, um einen stabilen Betrieb in einem breiteren Leistungsbereich und mit mehr Spielraum bei der spezifischen Reduktionsgasmenge, dem Staubgehalt des Reduktionsgases und der Rohmaterialauswahl zu erreichen. Ein Durchmesser des Reduktionsschachtes von etwa 5 bis 6 m kann als Grenze zwischen diesen beiden Ausführungsformen angesehen werden.
Bei größeren Reduktionsschächten und bei Verwendung eines heißen, staubhaltigen und kohlenmonoxidreichen Reduktionsgases werden somit im unteren Bereich des Reduktionsschachtes mehrere trichterförmige Produktauslässe 5 durch Einbauten aus Feuerfestmaterial gebildet, die aus den Zwischenwänden 9 und dem konischen Block 10 im mittleren Bereich bestehen und die mit den mit Wasser oder Stickstoff gekühlten Halterungen 6 versehen sind, die durch den Boden des Reduktionsschachtes 1 in die Einbauten hineinragen. Diese Halterung dienen gleichzeitig als Stützen für die wassergekühlten Träger 12, an denen die Kanäle 11 für die Einleitung des Reduktionsgases in den unteren, überwiegend radial mittleren Bereich des Reduktionsschachtes 1 aufgehängt werden. Durch die ausgemauerten, vorzugsweise trichterförmigen Verbindungsleitungen 5a, die auf dem Boden des Reduktionsschachtes 1 angeschweißt oder mit Flanschverbindungen befestigt sind und die die trichterförmigen Produktauslässe 5 verlängern, ist ein steiler, für das Rutschen des Materials erforderlicher Winkel und gleichzeitig eine größere Höhe der Schüttung als Gassperre für den Abbau der Druckdifferenz zwischen dem Einschmelzvergaser und dem Reduktionsschacht 1 gegeben. Die Einleitung eines Teils des Reduktionsgases über die Einlässe 15 in den radial mittleren Bereich des Reduktionsschachtes 1 soll etwa 2 m unterhalb der Ebene der seitlichen Reduktionsgaseinlässe 3 durch mindestens je einen Kanal 11 aus hitzebeständigem Stahl und/oder eine wassergekühlte Leitung 8, die vorzugsweise direkt oberhalb jedes Produktauslasses 5 bzw. oberhalb jeder Zwischenwand 9 angeordnet sind, erfolgen. Die Kanäle 11 für die Einleitung und Verteilung des Reduktionsgases werden in Form von Halbrohrschalen aus hitzebeständigem Stahl mit verlängerten seitlichen Wänden ausgeführt und von oben auf die wassergekühlten rohrförmigen Träger 12 aufgesetzt, so daß die verlängerten Seiten der Halbrohrschalen nach unten offene Kanäle 11 bilden. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß die breiten horizontalen oder leicht nach unten geneigten offenen Kanäle 11 nicht mit Material oder Staub verstopfen können, daß sehr große Flächen der Schüttung für die Einleitung des Reduktionsgases bereitstehen und daß durch eine schnell nach unten sinkende und stark aufgelockerte Schüttung in diesem Bereich gute Bedingungen für die Abscheidung des Staubes aus dem eingeleiteten Reduktionsgas und für den Abtransport des in den oberen Bereichen abgeschiedenen Staubes geschaffen werden. Dem staubhaltigen Reduktionsgas wird über den gesamten Querschnitt des Reduktiongsschachtes 1 der Zutritt in weniger verstaubte Bereiche der Schüttung ermöglicht.
Der untere volumenmäßig große Teil des Reduktionsschachtes 1, der fast ein Drittel des Volumens des Reduktionsschachtes 1 in Anspruch nimmt, welcher als Gassperre dient und am Reduktionsprozeß nicht teilnimmt, wird durch Einleitung von kälterem Reduktionsgas für eine stärkere Aufkohlung und Restreduktion des Eisenschwamms genutzt. Dadurch kann die Reduktionszone und damit der gesamte Reduktionsschacht kleiner und leichter gebaut werden, wodurch sich bei Reduktionsschächten mittlerer Größe mit einem Gesamtgewicht von etwa 1500 Tonnen und mehr sowie einer großen Spannweite der Träger ein erheblicher Vorteil ergibt.
Ein höherer Kohlenstoffgehalt und eine höhere Metallisierung des Eisenschwamms senken den Energiebedarf des Einschmelzvergasers und tragen zu einem gleichmäßigeren Betrieb und einer besseren Qualität des Roheisens bei. Das Reduktionsgas wird daher über die Einlässe 15 mit einer niedrigeren Temperatur als der des restlichen Reduktionsgases zugeführt, um bessere Bedingungen für die Aufkohlung des Eisenschwamms im unteren Bereich des Reduktionsschachtes 1 zu schaffen. Als optimal ist eine um 50° bis 100° C niedrigere Temperatur für diesen Teilstrom des Reduktionsgases anzusehen. Eine weitere Abkühlung bis auf etwa 650° C, die für die Aufkohlung des Eisenschwamms optimal wäre, würde jedoch zu einer Abkühlung in der Schachtmitte und damit zu einer niedrigeren Metallisierung in diesem Bereich führen.
Durch die Einleitung eines kälteren Reduktionsgases wird trotz der stark exothermen Boudouard-Reaktion die Schüttung in diesem für eine Agglomeratbildung kritischen Bereich abgekühlt und in Verbindung mit einer Entlastung der Schüttung vom Gewicht der darüber befindlichen Materialsäule durch die wassergekühlten Träger 12 die Bildung von Agglomeraten vermieden. Bekanntlich spielen bei der Bildung von Agglomeraten aus kalzinierten Zuschlagstoffen und aus nicht vollentgasten und teerhaltigen Kohlepartikeln, deren Entgasungsprodukte auch Wasserdampf enthalten, die beide als Bindemittel und Hauptbestandteile der Agglomerate mit eingeschlossenen Eisenschwammpartikeln und restlichen Staubbestandteilen wirken, die Temperatur der Schüttung sowie derenn Pressung eine entscheidende Rolle. Oberhalb von einmal gebildeten Agglomeraten sinkt die Schüttung in darüberliegenden Bereichen des Reduktionsschachtes 1 mit einer niedrigeren Geschwindigkeit. Es kann auch in der Reduktionszone bereichsweise zu starken Verstaubungen und zu lokalen Überhitzungen durch die stark exotherme Boudouard-Reaktion kommen. Als eine vorteilhafte Ausbildung ist die Anordnung der Austragsschnecken am unteren Ende der Verbindungsleitungen 5a anzusehen. Bei dieser Ausführung braucht der Reduktionsschacht 1 bei einem Austausch oder einer größeren Reparatur der Austragsschnecken nicht mehr ausgeräumt zu werden, wodurch lange Produktionsausfallzeiten und hohe Anfahrkosten vermieden werden.
Dadurch, daß die Kanäle 11 nach unten offen sind, sind beste Bedingungen für die Abscheidung und den Abtransport des abgeschiedenen Staubes gegeben. Die Halbrohrschalen der Kanäle 11 mit den verlängerten seitlichen Wänden können aus einem Stück oder mit ganz wenigen Schweißnähten an unkritischen Stellen gefertigt werden und dienen als Verschleißschutz und Wärmeisolierung für die wassergekühlten Träger 12. Um die Wärmeverluste der Träger 12 niedrig zu halten, werden sie mit dem zusätzlichen Schutzrohr 13 aus hitzebeständigem Stahl versehen. Der untere, temperaturmäßig stärker belastete Bereich zwischen den beiden zueinander exzentrisch liegenden Rohren wird mit Isolierwolle 14 ausgestopft, und das Schutzrohr 13 wird vorzugsweise im oberen Bereich quer zu seiner Achse in bestimmten Abständen aufgeschlitzt, um eine Verformung durch unterschiedliche Wärmebelastungen zu vermeiden. Die Träger 12 und/oder die Leitungen 8 werden in der Wandung des Reduktionsschachtes 1 und auf den in die Zwischenwände 9 und den Block 10 eingebetteten Halterungen 6 abgestützt, so daß keine langen und starken Träger 12 und/oder Leitungen 8 für den Bau von großen Reduktionsschächten erforderlich sind. Es ist vorteilhaft, die in den konischen Block 10 eingebetteten Halterungen 6 für die Abstützung der Rohrträger 12 und der Kanäle 11 zu nutzen.
Bei der Auswahl der Konizität der Reduktionszone des Reduktionsschachtes 1 sind die eingetragene Staubmenge, das Aufschwellen der Eisenoxide, die Zerfallseigenschaften und Kornzusammensetzung der Eisenoxide und Zuschlagstoffe und der Gehalt an Kohlenmonoxid im Reduktionsgas zu berücksichtigen. Im Bereich von den seitlichen Einlässen 3 für das Reduktionsgas bis zu einer Höhe von etwa 2 m darüber, in welchem die größte Verstaubung und die größte Gefahr für ein Festhängen der Schüttung bestehen, wird eine hohe Konizität von etwa 2,5° gewählt, damit sich die Schüttung öffnen und den Staub aufnehmen kann. Eine weitere starke Verkleinerung des Querschnitts nach oben wäre für die Aufnahme des Staubes vorteilhaft, aber sie würde zu einem stärkeren Anstieg des spezifischen Druckverlustes in den oberen Bereichen des Reduktionsschachtes 1 durch einen Anstieg der Gastemperatur bzw. der Gasgeschwindigkeit führen. In diesem Bereich findet die Aufkohlung des Eisenschwammes und eine Erwärmung des gesamten Bereiches durch die stark exotherme Boudouard-Reaktion statt, wobei die Abnahme der Gasmenge durch Aufkohlung des Eisenschwammes durch eine Zunahme der Gasmenge aufgrund intensiver Kalzinierung der Zuschlagstoffe mehr als ausgeglichen wird. Bei einem Anstieg der Gastemperatur von 80° C wird der spezifische Druckverlust bei gleichbleibendem Querschnitt bis zu 15 % ansteigen. Aus diesem Grund wird in diesem etwa 3 bis 5 m hohen Bereich ein kleinerer Konizitätswinkel von etwa 0,5° gewählt. Für einen kleinen Winkel und einen größeren spezifischen Druckverlust durch eine stärkere Verstaubung als in den oberen Bereichen spricht auch ein größeres Gewicht der darüber befindlichen Materialsäule. Dadurch können ein höherer Druckverlust und eine stärkere Verstaubung in diesem Bereich zugelassen werden. Im Bereich darüber wird eine Konizität von etwa 2° als optimal angesehen.
Die Beschickung des Reduktionsschachtes 1 mit Eisenoxiden, die gegebenenfalls mit Zuschlagstoffen vermischt sind, erfolgt über die im oberen Bereich in einem Kreis mit dem Mittelpunkt in der Längsachse des Reduktionsschachtes 1 angeordneten Verteilerrohre 4. Ihre Anzahl entspricht mindestens dem Doppelten der Anzahl der Produktauslässe 5. Bei größeren Reduktionsschächten sollten die Verteilerrohre in zwei Kreisen und größerer Anzahl eingebaut werden, um die Entmischung der Möllerung zu minimieren und eine verstärkte Gasströmung im Randbereich und in der Mitte des Reduktionsschachtes, bedingt durch ein starkes M-Profil, zu vermeiden. Die Verteilerrohre 4 sind symmetrisch zu den Achsen der Produktauslässe 5 angeordnet. Damit wird erreicht, daß die Schüttung unterhalb der Verteilerrohre 4, die reicher an feiner Körnung ist und die mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als die gröbere Schüttung absinkt, durch je zwei Verteilerrohre 4, die direkt oberhalb der beiden Einzugsbereiche der Austragsschnecken, und zwar zwischen dem jeweiligen Kanal 11 und dessen beiden benachbarten Zwischenwänden 9 liegen, mit einer erhöhten Geschwindigkeit absinkt.
Die in den mittleren Bereich des Reduktionsschachtes 1 über die Einlässe 15 eingeleitete Menge des Reduktionsgases liegt bei Reduktionsschächten mittlerer Größe vorteilhaft bei etwa 30 % der Gesamtmenge des Reduktionsgases, so daß ein flächenmäßig großer Außenring mit etwa 70 % des Reduktionsgases über den Bustlekanal 2 und die Einlässe 3 versorgt wird. Durch die Reduzierung der über den Bustlekanal 2 zugeführten Gasmenge um etwa 30 % reduziert sich auch die Belastung der Schüttung in diesem Bereich mit dem Staub um etwa 30 %, wodurch die Bildung von Kanälen und ein Festhängen der Schüttung bei einem normalen Betrieb nicht mehr zu erwarten sind. Ein kleinerer Teil des über die nach unten offenen Kanäle 11 eingeleiteten Reduktionsgases wird auch in den Außenring, die Hauptmenge jedoch in den radial mittleren Bereich in die weniger verstaubte Schüttung des Reduktionsschachtes 1 hineinströmen. Bei großen Reduktionsschächten wird die eingeleitete Menge des Reduktionsgases in den radial mittleren Bereich des Reduktionsschachtes entsprechend ansteigen.
Die Träger 12 tragen auch einen großen Teil des Gewichtes der darüberliegenden Materialsäule, so daß sie die Schüttung in den Produktionsauslässen 5 entlasten und auflockern und es in diesen nach unten verengten trichterförmigen Bereichen nicht zur Brückenbildung kommt.
Die Kanäle 11 können sternartig oder parallel zueinander eingebaut sein. Die Zuleitungen zu diesen sind mit Gefälle verlegt, damit diese durch Staubablagerungen und Zurückschlagen der Schüttung bei Druckschwankungen im System nicht verstopfen.
Die verlängerten seitlichen Wände der nach unten offenen Kanäle 11 sind in bestimmten Abständen mit Versteifungen und Distanzstücken 16 versehen, damit eine Verengung des Kanals durch Zusammenpressen der zueinander parallelen Wände durch die Schüttung vermieden wird.

Claims (19)

  1. Vorrichtung zur Erzeugung von Eisenschwamm aus stückigen Eisenoxiden in einem Reduktionsschacht
    (1) unter Verwendung eines heißen, staubhaltigen und kohlenmonoxidreichen Reduktionsgases, wobei das Reduktionsgas in einem Gaserzeuger durch partielle Oxidation von festen Kohlenstoffträgern erzeugt und Über mehrere in gleicher Höhe am Umfang des Reduktionsschachtes (1) angeordnete seitliche Reduktionsgaseinlässe (3) am unteren Ende der Reduktionszone in den Reduktionsschacht (1) eingeleitet wird und die stückigen Eisenoxide im oberen Bereich des Reduktionsschach tes (1) eingegeben und als Eisenschwamm an dessen unterem Ende herausgeführt werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß unterhalb der Ebene der seitlichen Reduktionsgaseinlässe (3) zusätzliche Reduktionsgaseinlässe (15) in Form von mindestens einem über die länge nach unten offenen, sich von der Außenseite in den radial mittleren Bereich des Reduktionsschachtes (1) erstreckenden Kanal (11) vorgesehen sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaserzeuger ein Einschmelzvergaser ist und daß das untere Ende des Reduktionsschachtes (1) über mindestens ein Fallrchr mit dem Kopf des Einschmelzvergasers verbunden ist zur Zuführung von Eisenschwamm aus dem Reduktionsschacht (1) in den Einschmelzvergaser.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich des Reduktionsschachtes (1) trichterförmige Produktauslässe (5) durch Einbauten (9,10) aus Feuerfestmaterial gebildet sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten aus radial verlaufenden Zwischenwänden (9) und einem sich konisch nach unten erweiternden Block (10) im in radia1er Richtung mittleren Bereich des Reduktionsschachtes (1) gebildet sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Halterungen (6) für die inneren Enden des mindestens einen Kanals (11) in die Einbauten (9,10) eingebettet sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Kanal (11) oberhalb jedes Produktauslasses (5) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kanal (11) aus hitzebeständigem Stahl besteht und unterhalb eines in gleicher Richtung verlaufenden wassergekühlten Trägers (12) angeordnet und an diesem aufgehängt ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (11) als auf die Träger (12) aufgesetzte und nach unten offene Halbrohrschalen mit nach unten verlängerten parallelen Wänden ausgebildet sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (12) jeweils von einem Schutzrohr (13) umgeben sind und der Raum zwischen ihnen mit Isolierwolle (14) ausgefüllt ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der parallelen Wände zur Mitte des Reduktionsschachtes (1) hin abnimmt.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (11) sternartig oder parallel zueinander angeordnet sind.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen zu den Kanälen (11) ein Gefälle zu diesen hin aufweisen.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende jedes Produktauslasses (5) eine Austragsschnecke vorgesehen ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Reduktionsschacht (1) sich von oben nach unten mit einer gestaffelten Konizität erweitert derart, daß sie im unteren Bereich von den seitlichen Reduktionseinlässen (3) bis etwa 2 m oberhalb von diesen etwa 2,5°, von etwa 2 m bis etwa 5 m oberhalb von diesen etwa 0,5° und darüber etwa 2,0° beträgt.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des Reduktionsschachtes (1) Verteilerrohre (4) für die Beschickung mit Eisenoxiden und gegebenenfalls Zuschlagstoffen vorgesehen sind, deren Anzahl der doppelten Anzahl der Produktauslässe (5) beträgt und welche in Umfangsrichtung kreisförmig und symmetrisch zu diesen angeordnet sind.
  16. Verfahren zur Erzeugung von Eisenschwamm aus stückigen Eisenoxiden unter Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das über die Kanäle (11) zugeführte Reduktionsgas eine niedrigere Temperatur als das am unteren Ende der Reduktionszone zugeführte Reduktionsgas hat.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des über die Kanäle (11) zugeführten Reduktionsgases etwa 50 °C niedriger als die Temperatur des am unteren Ende der Reduktionszone zugeführten Reduktionsgases ist.
  18. Verfahren zur Erzeugung von Eisenschwamm aus stückigen Eisenoxiden unter Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des über die Kanäle (11) zugeführten Reduktionsgases etwa 30 % der Gesamtmenge des Reduktionsgases beträgt
  19. Verfahren zur Erzeugung von Eisenschwamm aus stückigen Eisenoxiden unter Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das am unteren Ende der Reduktionszone eingeleitete Reduktionsgas in Heißgaszyklonen weitgehend von Staub befreit ist.
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