EP2653568A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Flächenbegasung in einem Reduktionsreaktorschacht - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Flächenbegasung in einem Reduktionsreaktorschacht Download PDF

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EP2653568A1
EP2653568A1 EP20120164635 EP12164635A EP2653568A1 EP 2653568 A1 EP2653568 A1 EP 2653568A1 EP 20120164635 EP20120164635 EP 20120164635 EP 12164635 A EP12164635 A EP 12164635A EP 2653568 A1 EP2653568 A1 EP 2653568A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reducing gas
reduction reactor
reactor shaft
reduction
bustle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20120164635
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Aichinger
Karl-Heinz Beham
Reinhard Pum
Wolfgang Sterrer
Kurt Wieder
Johann Wurm
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.)
Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria filed Critical Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
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Priority to AU2013251098A priority patent/AU2013251098A1/en
Priority to RU2014145209A priority patent/RU2618037C2/ru
Priority to UAA201411313A priority patent/UA113428C2/uk
Priority to US14/390,813 priority patent/US20150114180A1/en
Priority to EP13719051.8A priority patent/EP2839042B1/de
Priority to PCT/EP2013/058048 priority patent/WO2013156548A1/de
Priority to IN7623DEN2014 priority patent/IN2014DN07623A/en
Priority to CA2870594A priority patent/CA2870594A1/en
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Priority to ZA2014/06290A priority patent/ZA201406290B/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • C21B13/02—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in shaft furnaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B15/00—Fluidised-bed furnaces; Other furnaces using or treating finely-divided materials in dispersion
    • F27B15/006—Equipment for treating dispersed material falling under gravity with ascending gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B15/00—Fluidised-bed furnaces; Other furnaces using or treating finely-divided materials in dispersion
    • F27B15/02—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B15/10—Arrangements of air or gas supply devices

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for producing metal sponge or pig iron from metal oxide-containing particulate material using a reducing gas comprising a reduction reactor shaft and a plurality of reducing gas inlet conduits ending in the interior of the reduction reactor shaft for introducing reducing gas into the interior of the reduction reactor shaft.
  • the introduction of the reducing gas into the reduction shaft usually takes place essentially via a so-called Bustle channel which extends around the circumference of the reduction shaft for the most part - also Bustle for short called - which communicates via so-called Bustle slots with the iron oxide-containing material filled interior of the reduction shaft in conjunction.
  • the bustle may be located within the refractory lining of the reduction well - a so-called internal bustle - or outside the reduction well - a so-called external bustle.
  • Reduction gas from the Bustle is distributed into the reduction shaft via the openings in the refractory lining of the reduction shaft - the bustle slots - which originate from the internal bustle or are connected to the external bustle.
  • the bustle usually runs the entire circumference of the reduction well, and then bustles are also essentially around the entire circumference arranged - because the reducing gas must be introduced evenly distributed to achieve a uniform reduction.
  • the distribution and introduction of the reducing gas is generally carried out so that the Bustle slots open into a not filled in the operation of the reduction shaft area of the interior space.
  • the reduction shaft is often made with a vertical increase seen from above along the axis of the reduction shaft diameter of its interior - the inner diameter is determined by the Feuerfestausmautation so that such an extension can be realized, for example, by changing the thickness of the refractory lining. Due to the angle of repose of the iron oxide-containing material is formed at the extension - also called return - around the entire circumference of a not filled by the bed of annulus. The Bustle slots then open into this annulus.
  • the reducing gas entrains dust which, after being introduced into the reduction shaft, is deposited in the annulus and in the bed of the iron oxide-containing material. Therefore, it forms from the circumference of the reduction shaft, where ?? Reduction gas is introduced, towards the center of the bed towards a dust-free gas increased pressure drop from - the deposited dust clogs flow paths of the reducing gas through the bed. Among other things, this leads to an uneven gasification of the bed and thus to an uneven reduction result.
  • the disadvantage here is that the channels after EP0904415B1 must be supported in the center of the reduction well, reducing gas for the channels due to the removal of Bustle and channels can not be routed from the bustle in the channels, and it is at a plurality of channels due to the occupied by them cross-sectional area to congestion in the down moving beds can come.
  • WO2009000409 Proposes to introduce the entire reducing gas via channels, without Bustle, into the reduction shaft. Since, accordingly, the channels must introduce more reducing gas and be dimensioned correspondingly larger than in EP0904415B1 , the congestion problems are exacerbated. Furthermore, the gas supply to the cross-sectional area of the shaft is less uniform than using a bustle.
  • a blast furnace process for the production of pig iron is known from the prior art, which is supplied in the standard version from above with lumpy iron carriers and coke and is injected at the bottom of hot blast.
  • recent developments lead to the blast furnace being operated with technically pure oxygen, and a portion of the blast furnace gas is fed to the blast furnace in the lower region of the shaft as additional reducing gas after treatment.
  • a supply of reducing gas only over a bustle on the circumference also leads to uneven gas distribution in the blast furnace shaft.
  • the object of the present invention is to provide a device and a method for producing metal sponge or pig iron from metal oxide-containing particulate material using a reducing gas in a reduction reactor shaft, in which the problems of the prior art are avoided as completely as possible.
  • the metal sponge is preferably sponge iron.
  • the metal oxide-containing particulate material is preferably chunky iron-containing material.
  • lumpy material is meant material with a grain size of, for example, about 5 mm, up to 50 mm in the case of sintering, up to 100 mm after agglomeration processes such as compaction; for example, lump, pellets or sinter.
  • Under reduction reactor shaft is to be understood, for example, a shaft reactor as used for example in a COREX® process, or the upper part of a blast furnace - ie the part of a blast furnace, in which the indirect gas reduction takes place, above the cohesive zone.
  • a shaft reactor for example, solid sponge iron is produced, while in a blast furnace, liquid pig iron is produced.
  • a plurality of reducing gas inlet lines ending in the interior of the reduction reactor shaft are present.
  • the expression in the interior is to be understood as meaning that a reducing gas inlet line can protrude into the interior, but also that the end of a reducing gas inlet line can lie in the interior wall delimiting the interior space - for example the opening of a bustle slot in the refractory lining.
  • the reducing gas exits the reducing gas inlet lines through reduction gas outlets of these reducing gas inlet lines and then flows through the bed of metal-oxide-containing particulate material.
  • a reducing gas channel body crossing the interior of the reduction reactor shaft for introducing reducing gas into the interior of the reduction reactor shaft is present. He can traverse the interior as a secant or as a diameter, with a diameter is preferred as a diameter, because reducing gas can then be introduced more symmetrically, more uniformly in the bed.
  • the reduction gas channel body can, for example, run horizontally, so that reducing gas can be introduced into the bed at a vertical level.
  • the reduction gas channel body can also be a lowest point or a have the highest point with respect to the vertical, so that it has two from the wall of the reduction reactor shaft to the center of the reduction reactor shaft downwardly or upwardly inclined sections. Reduction gas is then introduced into the bed at various vertical levels during operation.
  • the reducing gas outlets of the reducing gas inlet lines located in the interior of the reduction reactor shaft are all located within a section of the vertical longitudinal extent of the reduction reactor shaft which has a vertical thickness of up to 100% of the diameter of the reduction reactor shaft.
  • the thickness of the section is up to 40% of the diameter of the reduction reactor shaft, more preferably up to 30% of the diameter of the reduction reactor shaft, most preferably up to 20% of the diameter of the reduction reactor shaft. The smaller the thickness of the section, the easier it is to supply all of the reducing gas inlet lines from a source with reducing gas.
  • reducing gas inlet conduits are designed as bustle slots.
  • reducing gas inlet lines are designed as half-shells open at the bottom with walls extended downwards, preferably substantially parallel, which half-pipe shells rest on support tubes.
  • the support tubes preferably have coolant channels inside.
  • In the half-pipe shells lying in the interior of the reduction reactor shaft end of the half-pipe shell is provided with a connecting the downwardly extending walls transverse wall.
  • the support tubes protrude from the edge of the reduction reactor shaft into the interior of the reduction reactor shaft, preferably radially. They are not supported on their lying in the interior of the reduction reactor shaft end, so designed as so-called flying pipes.
  • the reduction gas channel body can be designed as a downwardly open half-pipe shell with downwardly extended, preferably substantially parallel, walls, which half-pipe shell rests on a support tube.
  • the support tube preferably has coolant channels inside. The support tube is supported on both sides of the jacket of the reduction reactor shaft.
  • two web plates could be attached to both sides of a support tube - for example, welded - to ensure analogous in the bed a space below the support tube.
  • the reducing gas channel body lies at least partially within that section of the vertical longitudinal extent of the reduction reactor shaft which, seen vertically, has a thickness of up to 100%, preferably up to 40%, more preferably up to 30%, most preferably up to 20%, of the diameter of the reduction reactor shaft in which the reducing gas outlets of the reducing gas inlet conduits are located.
  • reducing gas from the reducing gas outlets can be easily guided to the reducing gas channel body, or it can be easily guided from the source of reducing gas supplying the reducing gas inlet lines to the reducing gas channel body.
  • the reduction gas channel body rests on the outer wall of the reduction reactor shaft.
  • At least a plurality of the reducing gas inlet lines start from an internal bustle, ie are bustle slots of an internal bustle.
  • All reduction gas inlet lines may also be bustle slots of an internal bustle.
  • the number A of reducing gas inlet lines, which are bustle slots of an internal bustle is less than or equal to X, that is, A ⁇ X.
  • an internal bustle requires a less elaborate design of the pressure vessel of the reduction reactor shaft and allows a less expensive supply of reducing gas.
  • a higher number of bustle slots can be realized compared to an external bustle.
  • At least several of the reducing gas inlet lines start from an external bustle, ie are bustle slots of an external bustle.
  • All reduction gas inlet lines may also be bustle slots of an external bustle.
  • the number B of reducing gas inlet lines which are bustle slots of an external bustle is less than or equal to X, that is, B ⁇ X.
  • an external bustle Compared to an internal bustle, an external bustle has the advantage that the bustle slots can be easily cleaned from the outside, and that the refractory lining inside the reduction reactor shaft can be made more uncomplicated.
  • the Bustle slots open as described in the introduction into a not filled in the operation of the reduction shaft area of the Interior. This is achieved, for example, by producing the reduction shaft with a sudden enlargement of the diameter of its interior, seen vertically from above along the longitudinal axis of the reduction shaft.
  • a plurality of the reducing gas inlet conduits are flying tubes. This means that not all reduction gas inlet lines are flying tubes.
  • the number C of reducing gas inlet pipes, which are flying pipes is smaller than X, that is, C ⁇ X.
  • reducing gas can be introduced at different distances from the inner wall of the reduction reactor shaft, which leads to a homogenization of the introduction and thus to a better reduction result.
  • flying tubes As compared to a continuous reduction gas duct body, flying tubes provide easier assembly and better substitution capability, while also providing a gain in terms of even distribution of the reducing gas over a reduction reactor shaft only with Bustle.
  • the reduction gas channel body traverses the interior of the reduction reactor shaft, which is bounded by the inner walls of the reduction reactor shaft.
  • the reduction gas channel body thus has two inside wall-side ends.
  • At least one inner side end of the reducing gas channel body is substantially vertically below the reduction gas channel body, a reducing gas supply line for supplying reducing gas into the interior of the reduction reactor shaft.
  • substantially vertically below means that at least part of the mouth of the reducing gas supply line is located vertically below the reduction gas channel body. Then, during operation, the reducing gas emerging from this orifice can enter the bulkhead when ascending into a free space formed below the reducing gas channel body and distribute in this free space, which traverses the interior of the reduction reactor shaft below the reducing gas channel body.
  • the reductant gas supply line is from an internal bustle. It is then, for example, a - specially trained for this task - Bustle slot of the internal bustle, or it is a subsection of this internal Bustle.
  • a reducing gas supply line for supplying reducing gas into the inner space of the reduction reactor shaft is present; then two reduction gas supply lines may be present - for example, two sections of an internal bustle.
  • the reducing gas supply line originates outside the reduction reactor shaft, for example from an external bustle. It is then, for example, a Bustle slot of the external bustle, possibly specially designed for this task.
  • the internal or external bustle is provided with at least one feed for reducing gas through which reducing gas is directed into the internal or external bus.
  • at least one feed with respect to the circumference of the reduction reactor shaft is offset to the position of the reducing gas supply line below an inner-wall-side end of the reducing gas channel body, preferably by 45 ° -90 °, particularly preferably substantially 90 °.
  • the reducing gas flows as long as possible in the internal or external bustle before it enters a cavity formed in the bed below the reducing gas channel body during operation.
  • dust deposits in the internal or external bustle are minimized.
  • the inner diameter of the reduction reactor shaft is widened in the region of its longitudinal extension, in which the reducing gas channel body and possibly flying tubes are present, in relation to other regions of its longitudinal extent.
  • the expansion is intended to substantially compensate for the loss of cross-sectional area available for the downward movement of the bed in the interior, which results from the area requirement of the reduction gas duct body and possibly the flying pipes. For example, if this loss is 10% of the area of the cross-sectional area in the interior, then the inner diameter should be extended to about 2 - 10%. As a result, congestion problems in the downwardly moving bed can be reduced since area which is occupied by the flying tubes or the reduction gas channel body and thus is not available for a downward movement of the bed, is compensated by the extension again.
  • the region in which the inner diameter of the reduction reactor shaft is widened preferably comprises a section of the vertical longitudinal extent of the reduction reactor shaft which, seen vertically, has a thickness of up to 100%, preferably up to 40%, particularly preferably up to 30%, very particularly preferably up to 20%, of the diameter of the reduction reactor shaft.
  • the extension may also be present above the region of the longitudinal extent in which the reduction gas channel body and possibly flying tubes are present.
  • Another object of the present invention is a method for producing metal sponge or pig iron from a bed of metal oxide-containing particulate material in a reduction reactor shaft using a reducing gas, characterized in that a first subset of the reducing gas is introduced into the bed by means of a plurality of reduction gas inlet lines ending in the interior of the reduction reactor shaft, and a second subset of the reducing gas is introduced into the bed by means of a reducing gas channel body traversing the interior of the reduction reactor shaft.
  • a free space forms in the bed below the reduction gas channel body during operation.
  • the reducing gas can distribute and enter from it into the bed.
  • the reducing gas is thus introduced into the bed by means of the reducing gas channel body in the interior of the reduction reactor shaft.
  • reducing gas inlet lines are designed as bustle slots
  • reducing gas is introduced into the bed by means of the bustle slots.
  • reducing gas inlet lines are designed as downwardly open, lying on support tubes half-pipe shells with downwardly extended walls, for example, as a flying tubes, so formed in operation analogous to the ReduktionsgaskanalSystem below a free space in the bed. In this space, the reducing gas can distribute and enter from it into the bed.
  • FIG. 1 According to the prior art shows that in a reduction reactor shaft 1 via a feed device 2 introduced iron oxide-containing particulate material forms a bed 3.
  • Reduction gas 4 - represented by corrugated arrows with a massive tip - flows through the bed and reduces the lump to sponge iron.
  • the illustration of device parts for removing spent reducing gas from the reduction reactor shaft has been omitted for reasons of clarity.
  • the reducing gas 4 is passed into an internal bustle 6 formed in the refractory lining 5 of the reduction reactor shaft 1. From internal Bustle 6 go several reducing gas inlet lines for the introduction of reducing gas into the interior of the reduction reactor shaft - here Bustle slots 7 - from which end in the interior of the reduction reactor shaft 1.
  • FIG. 2 a device according to the invention is based on the repetition of in FIG. 1 used reference numerals for reasons of clarity mostly omitted.
  • the mouths 9a, 9b, 9c, 9d of the bustle slots are the reduction gas outlets of the bustle slots 7. They lie in a horizontal plane 10th
  • a reduction gas channel body 11 passes through the interior of the reduction reactor shaft 1.
  • the reduction gas channel body is designed as a downwardly open, resting on a support tube 12 half-pipe shell 13 with downwardly extended walls.
  • the support tube 12 is supported on both sides of the jacket 14 of the reduction reactor shaft, which is not shown.
  • the reduction gas channel body 11 runs horizontally and traverses the interior as a diameter. It lies within that section of the vertical longitudinal extent of the reduction reactor shaft which, viewed vertically, has a thickness of up to 100% of the diameter of the reduction reactor shaft, in the illustrated case below 30%, in which the orifices of the Bustle slots are located.
  • FIG. 3 shows a view of in FIG. 2 shown device from above vertically downwards.
  • the two feeds 16a and 16b of the bustle 5 are with respect to the circumference of the reduction reactor shaft 1 by substantially 90 ° to the position of the - in FIG. 3 not visible - reducing gas supply lines below the inner wall-side ends 17a, 17b of the reduction gas channel body 1 offset.
  • FIG. 4 schematically shows how the reducing gas channel body 11 below in the bed a space 18 is formed.
  • the support tube 12 carries the half-pipe shell 13 with extended substantially parallel walls. It is also shown that the extended side walls are supported on the support tube by means of struts to prevent bending under the pressure of the bed 3.
  • a corresponding free space is formed with analogous construction of the flying tubes described above.
  • FIG. 5 schematically shows one to FIG. 3 analogous view of another embodiment of the device according to the invention.
  • an external Bustle exists, which consists of the two parts 19a and 19b. It is supplied by the feeds 22 and 23 with reducing gas.
  • the external bustle could also be designed as a continuous ring, which is not shown in an extra figure.
  • the reducing gas channel body 11 connects the two parts 19a and 19b. From the external Bustle go Bustle slots 20, which in a dashed line indicated annulus, which in the bed due to a sudden expansion of the interior is formed, open within the jacket 14 of the reduction reactor shaft. Also, for the purpose of introducing reducing gas, flying tubes 21, which are supported on the jacket 14 as well as the reducing gas channel body, exit. They end in the interior of the reduction reactor shaft.
  • a first subset of the reducing gas is introduced into the bed by means of a plurality of reducing gas inlet lines ending in the interior of the reduction reactor shaft - external or internal Bustle bustle slots, or flying tubes from an external Bustle.
  • a second subset of the reducing gas is introduced into the bed by means of a reducing gas channel body traversing the interior of the reduction reactor shaft.
  • FIGS. 6 and 7 show schematically how in FIG. 3 and FIG. 4 the partial section of the internal bustle 6, which acts as a reduction gas supply line for supplying reducing gas into the interior of the reduction reactor shaft, is designed vertically below the reduction gas channel body 11.
  • the internal bustle 6 has an extension downwards; the reduction gas channel body 11 is located such that the free space 18 below the reduction gas channel body 11 lies approximately in a plane with the annular space into which the bustle slots 7 open with their mouths 9e.
  • FIG. 6 shows a section of a device according to the invention.
  • An internal bustle 6 is present in the refractory lining 5 in the shell 14 of the reduction reactor shaft.
  • a section of the internal bustle 6 is extended downwards.
  • the internal Bustle 6 bounding the interior wall is shown hatched.
  • some openings of bustle slots 7 are shown in the area of the bottom of the internal bustle 6; Limits of the floor are shown with dashed lines.
  • a bustle slot 7 with mouth 9e is shown in section.
  • a reducing gas channel body 11 At the portion of the internal bustle 6, which is extended downward, enters a reducing gas channel body 11 through the hatched wall into the interior. It is shown for clarity only a portion of the reduction channel body 11 with support tube 12 and half pipe shell 13. Perpendicular below the reduction gas channel body 11, the hatched shown wall has an opening 15, is introduced through the reducing gas into the interior. This opening 15 is a reducing gas supply line from the internal Bustle 6.
  • the reducing gas channel body 11 is such that the space 18 below the reducing gas channel body 11 is approximately in a plane with the mouths of the Bustle slots, of which for clarity, only one, namely Mouth 9e, is shown.
  • FIG. 7 is a section along the broken line AA 'from FIG. 7 shown.
  • the flow path of reducing gas 4 - represented by corrugated arrows with solid tip - out of the bustle 6 through opening 15 into a region below the Reduktonsgaskanal organisation 11 is illustrated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Metallschwamm oder Roheisen aus metalloxidhaltigem stückigem Gut unter Verwendung eines Reduktionsgases, welche einen Reduktionsreaktorschacht (1), mehrere im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes (1) endende Reduktionsgaseinlassleitungen zur Einleitung von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes (1), und einen den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes (1) durchquerenden Reduktionsgaskanalkörper (11) zur Einleitung von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes (1) umfasst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung von Metallschwamm oder Roheisen aus einer Schüttung (3) aus metalloxidhaltigem stückigem Gut in dem Reduktionsreaktorschacht (1) wird eine erste Teilmenge des Reduktionsgases mittels mehrerer Reduktionsgaseinlassleitungen in die Schüttung (3) eingeleitet. Eine zweite Teilmenge des Reduktionsgases wird mittels eines den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes (1) durchquerenden Reduktionsgaskanalkörpers (11) in die Schüttung (3) eingeleitet.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Metallschwamm oder Roheisen aus metalloxidhaltigem stückigem Gut unter Verwendung eines Reduktionsgases, umfassend einen Reduktionsreaktorschacht und mehrere im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes endende Reduktionsgaseinlassleitungen zur Einleitung von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes.
    • Stand der Technik
  • Bei der Erzeugung von Eisenschwamm durch Umsetzung von als Schüttung in einem Reduktionsschacht befindlichem eisenoxidhaltigen Material mit einem Reduktionsgas erfolgt die Einleitung des Reduktionsgases in den Reduktionsschacht meist im Wesentlichen über einen sich ringförmig um den - zumeist gesamten - Umfang des Reduktionsschachtes erstreckenden sogenannten Bustlekanal - auch kurz Bustle genannt -, der über sogenannte Bustle-slots mit dem eisenoxidhaltigen Material befüllten Innenraum des Reduktionsschachtes in Verbindung steht. Die Bustle kann innerhalb in der Feuerfestausmauerung des Reduktionsschachtes angeordnet sein - eine sogenannte interne Bustle -, oder ausserhalb des Reduktionsschachtes - eine sogenannte externe Bustle. Über von der internen Bustle ausgehende beziehungsweise mit der externen Bustle verbundene Öffnungen in der Feuerfestausmauerung des Reduktionsschachtes - den Bustle-slots - wird Reduktionsgas aus der Bustle in den Reduktionsschacht verteilt. Die Bustle verläuft in der Regel um den gesamten Umfang des Reduktionsschachtes, und Bustle-slots sind dann ebenfalls im Wesentlichen um den gesamten Umfang angeordnet - denn das Reduktionsgas muss zur Erzielung einer gleichmäßigen Reduktion gleichmäßig verteilt eingeleitet werden.
  • Die Verteilung und Einleitung des Reduktionsgases erfolgt dabei in der Regel so, dass die Bustle-slots in einen im Betrieb des Reduktionsschachtes nicht von der Schüttung ausgefüllten Bereich des Innenraums münden. Beispielsweise wird der Reduktionsschacht oft mit einer vertikal von oben entlang der Achse des Reduktionsschachtes gesehen sprunghaften Erweiterung des Durchmessers seines Innenraumes gefertigt - der Innendurchmesser wird durch die Feuerfestausmauerung bestimmt, so dass eine solche Erweiterung beispielsweise durch Änderung der Dicke der Feuerfestausmauerung realisiert werden kann. Aufgrund des Schüttwinkels des eisenoxidhaltigen Materials bildet sich an der Erweiterung - auch Rücksprung genannt - um den gesamten Umfang ein nicht von der Schüttung befüllter Ringraum aus. Die Bustle-slots münden dann in diesen Ringraum.
  • Das Reduktionsgas führt Staub mit sich, der nach Einleitung in den Reduktionsschacht in dem Ringraum und in der Schüttung des eisenoxidhaltigen Materials abgeschieden wird. Daher bildet sich vom Umfang des Reduktionsschachtes, an denen ?? Reduktionsgas eingeleitet wird, zum Zentrum der Schüttung hin ein gegenüber staubfreiem Gas erhöhtes Druckgefälle aus - der abgeschiedene Staub verstopft Strömungswege des Reduktionsgases durch die Schüttung. Das führt unter Anderem zu einer ungleichmäßigen Durchgasung der Schüttung und damit verbunden zu einem ungleichmäßigen Reduktionsergebnis. Wenn das im Reduktionsschacht reduzierte Material- beispielsweise Eisenschwamm - beispielsweise wie bei einem COREX® Verfahren in einen Einschmelzvergaser geleitet wird, kann es aufgrund des infolge der verstopften Strömungswege geringen Druckes im Zentrum des Reduktionsschachtes auch zu ungünstigem Fluss von stark staubbeladenem Gas aus dem Einschmelzvergaser über Eisenschwamm-Förderleitungen in den Reduktionsschacht kommen, was unerwünscht ist.
  • Zur Vergleichmäßigung der Einleitung von Reduktionsgas in einen Reduktionsschacht sowie zur Vermeidung der geschilderten Probleme infolge eines gegenüber seinem Umfang geringeren Druckes im Zentrum eines Reduktionsschachtes wird in EP0904415B1 vorgeschlagen, zusätzlich zu einer Bustle mit Bustle-slots weitere unterhalb der Bustle angeordnete, von der Aussenseite des Reduktionsschachtes radial ins Zentrum verlaufende Kanäle zur Einleitung von Reduktionsgas vorzusehen. Über diese Kanäle soll Reduktionsgas nicht nur am Umfang, sondern über eine Querschnittsfläche des Reduktionsschachtes in die Schüttung eingeleitet werden. Nachteilig dabei ist, dass die Kanäle nach EP0904415B1 aufwändig im Zentrum des Reduktionsschachtes abgestützt werden müssen, Reduktionsgas für die Kanäle aufgrund der Entfernung von Bustle und Kanälen nicht aus der Bustle in die Kanäle geleitet werden kann, und es bei einer Vielzahl von Kanälen aufgrund der von ihnen eingenommenen Querschnittsfläche zu Stauungen in der sich abwärts bewegenden Schüttungen kommen kann. WO2009000409 schlägt vor, das gesamte Reduktionsgas über Kanäle, ohne Bustle, in den Reduktionsschacht einzuleiten. Da entsprechend die Kanäle mehr Reduktionsgas einleiten müssen und entsprechend größer zu dimensionieren sind als in EP0904415B1 , verschärfen sich die Stauprobleme. Weiters ist die Gaszufuhr auf die Querschnittsfläche des Schachtes gegenüber Verwendung einer Bustle ungleichmäßiger.
  • Weiters ist aus dem Stand der Technik ein Hochofenverfahren zur Erzeugung von Roheisen bekannt, welcher in der Standardausführung von oben mit stückigen Eisenträgern und Koks versorgt wird und im unteren Bereich Heißwind eingeblasen wird. Neuere Entwicklungen führen unter anderem dazu, dass der Hochofen mit technisch reinem Sauerstoff betrieben wird und ein Teil des Gichtgases nach einer Aufbereitung als zusätzliches Reduktionsgas dem Hochofen im unteren Bereich des Schachtes zugeführt wird. Eine Zufuhr von Reduktionsgas nur über eine Bustle am Umfang führt ebenfalls zu ungleichmäßiger Gasverteilung im Hochofenschacht.
    • Zusammenfassung der Erfindung Technische Aufgabe
  • Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Metallschwamm oder Roheisen aus metalloxidhaltigem stückigem Gut unter Verwendung eines Reduktionsgases in einem Reduktionsreaktorschacht bereizustellen, bei dem die Probleme des Standes der Technik möglichst vollständig vermieden werden.
    • Technische Lösung
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Erzeugung von Metallschwamm oder Roheisen aus metalloxidhaltigem stückigem Gut unter Verwendung eines Reduktionsgases, umfassend
    • einen Reduktionsreaktorschacht,
    • mehrere
      im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes endende Reduktionsgaseinlassleitungen zur Einleitung von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes,
    • einen den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes durchquerenden Reduktionsgaskanalkörper zur Einleitung von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes.
  • Bei dem Metallschwamm handelt es sich bevorzugt um Eisenschwamm.
  • Entsprechend handelt es sich bei dem metalloxidhaltigen stückigen Gut bevorzugt um eisenoxidhaltiges stückiges Gut. Unter stückigem Gut ist Material zu verstehen mit einer Korngröße von beispielsweise über 5 mm, bis 50 mm im Falle von Sinter, bis 100 mm nach Agglomerationsverfahren wie Kompaktierung; beispielsweise Stückerz, Pellets oder Sinter.
  • Unter Reduktionsreaktorschacht ist zu verstehen beispielsweise ein Schachtreaktor wie beispielsweise bei einem COREX®-Verfahren verwendet, oder der obere Teil eines Hochofens - also der Teil eines Hochofens, in welchem die indirekte Gasreduktion stattfindet, oberhalb der kohäsiven Zone. In einem Schachtreaktor wird beispielsweise fester Eisenschwamm produziert, während in einem Hochofen flüssiges Roheisen produziert wird.
  • Zur Einleitung von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes sind mehrere im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes endende Reduktionsgaseinlassleitungen vorhanden. Dabei ist unter der Formulierung im Innenraum endend zu verstehen, dass eine Reduktionsgaseinlassleitungen in den Innenraum hineinragen kann, aber auch, dass das Ende einer Reduktionsgaseinlassleitung in der den Innenraum begrenzenden Innenwand liegen kann - beispielsweise die Öffnung eines Bustle-slots in der Feuerfestausmauerung.
  • Das Reduktionsgas tritt im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes durch Reduktionsgas-Auslässe dieser Reduktionsgaseinlassleitungen aus den Reduktionsgaseinlassleitungen aus und durchströmt danach die Schüttung aus metalloxidhaltigem stückigem Gut.
  • Weiterhin ist ein den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes durchquerender Reduktionsgaskanalkörper zur Einleitung von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes vorhanden. Er kann den Innenraum als Sekante oder als Durchmesser durchqueren, wobei ein Durchqueren als Durchmesser bevorzugt ist, weil Reduktionsgas dann symmetrischer, gleichmäßiger in die Schüttung eingebracht werden kann.
  • Der Reduktionsgaskanalkörper kann beispielsweise waagerecht verlaufen, so dass Reduktionsgas auf einem vertikalen Niveau in die Schüttung eingeleitet werden kann. Der Reduktionsgaskanalkörper kann aber auch einen tiefsten Punkt oder einen höchsten Punkt bezüglich der Vertikalen aufweisen, so dass er zwei von der Wand des Reduktionsreaktorschachtes zum Zentrum des Reduktionsreaktorschachtes abwärts oder aufwärts geneigte Teilabschnitte aufweist. Reduktionsgas wird dann im Betrieb auf verschiedenen vertikalen Niveaus in die Schüttung eingeleitet.
  • Bevorzugt liegen die im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes liegenden Reduktionsgas-Auslässe der Reduktionsgaseinlassleitungen alle innerhalb eines Abschnittes der vertikalen Längserstreckung des Reduktionsreaktorschachtes, welcher vertikal gesehen eine Dicke von bis zu 100% des Durchmessers des Reduktionsreaktorschachtes aufweist. Bevorzugt ist die Dicke des Abschnittes bis zu 40% des Durchmessers des Reduktionsreaktorschachtes, besonders bevorzugt bis zu 30% des Durchmessers des Reduktionsreaktorschachtes, ganz besonders bevorzugt bis zu 20% des Durchmessers des Reduktionsreaktorschachtes. Je geringer die Dicke des Abschnittes ist, desto einfacher ist es, alle Reduktionsgaseinlassleitungen aus einer Quelle mit Reduktionsgas zu versorgen.
  • Nach einer Ausführungsform sind Reduktionsgaseinlassleitungen als Bustle-slots ausgeführt.
  • Nach einer anderen Ausführungsform sind Reduktionsgaseinlassleitungen als nach unten offene Halbrohrschalen ausgeführt mit nach unten verlängerten, bevorzugt im Wesentlichen parallelen, Wänden, welche Halbrohrschalen auf Tragrohren aufliegen. Die Tragrohre weisen im Inneren bevorzugt Kühlmittelkanäle auf. Bei den Halbrohrschalen ist das im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes liegende Ende der Halbrohrschale mit einer die nach unten verlängerten Wände verbindenden Querwand versehen. Die Tragrohre ragen vom Rand des Reduktionsreaktorschachtes in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes hinein, bevorzugt radial. Sie sind an ihrem im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes liegenden Ende nicht abgestützt, also als sogenannte fliegende Rohre ausgeführt. Der Reduktionsgaskanalkörper kann als nach unten offene Halbrohrschale ausgeführt sein mit nach unten verlängerten, bevorzugt im Wesentlichen parallelen, Wänden, welche Halbrohrschale auf einem Tragrohr aufliegt. Das Tragrohr weist im Inneren bevorzugt Kühlmittelkanäle auf. Das Tragrohr ist beidseitig am Mantel des Reduktionsreaktorschachtes abgestützt.
  • Statt Ausführungsformen mit Halbrohrschalen auf Tragrohren könnten auch beispielsweise 2 Stegbleche beidseitig an einem Tragrohr befestigt - beispielsweise angeschweißt - sein, um analog in der Schüttung ein Freiraum unterhalb des Tragrohres zu gewährleisten.
  • Grundsätzlich gilt, dass bei gleichmäßigerer Einleitung von Reduktionsgas in die Schüttung auch der vom Reduktionsgas mitgeführte Staub gleichmäßiger in die Schüttung eingebracht wird. Das führt dazu, dass weniger Verstopfungen von Strömungswegen für das Reduktionsgas auftreten und die damit verbundenen Probleme vermindert werden.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Reduktionsgaskanalkörper zumindest teilweise innerhalb desjenigen Abschnittes der vertikalen Längserstreckung des Reduktionsreaktorschachtes, welcher vertikal gesehen eine Dicke von bis zu 100%, bevorzugt bis zu 40%, besonders bevorzugt bis zu 30%, ganz besonders bevorzugt bis zu 20%, des Durchmessers des Reduktionsreaktorschachtes aufweist, in dem die Reduktionsgas-Auslässe der Reduktionsgaseinlassleitungen liegen. Auf diese Weise kann Reduktionsgas aus den Reduktionsgas-Auslässen leicht zum Reduktionsgaskanalkörper geführt werden, beziehungsweise es kann leicht aus der die Reduktionsgaseinlassleitungen versorgenden Quelle für Reduktionsgas zu dem Reduktionsgaskanalkörper geführt werden.
  • Der Reduktionsgaskanalkörper liegt an der Aussenwand des Reduktionsreaktorschachtes auf.
  • Nach einer Ausführungsform gehen zumindest mehrere der Reduktionsgaseinlassleitungen von einer internen Bustle aus, sind also Bustle-slots einer internen Bustle.
  • Es können auch alle Reduktionsgaseinlassleitungen Bustle-slots einer internen Bustle sein. Bei einer Anzahl X von Reduktionsgaseinlassleitungen ist die Anzahl A von Reduktionsgaseinlassleitungen, die Bustle-slots einer internen Bustle sind, kleiner oder gleich X, also A ≤ X.
  • Im Vergleich zu einer externen Bustle erfordert eine interne Bustle eine weniger aufwändige Ausführung des Druckbehälters des Reduktionsreaktorschachtes, und erlaubt eine weniger aufwändige Zuleitung von Reduktionsgas. Ausserdem kann gegenüber einer externen Bustle eine höhere Anzahl von Bustle-slots realisiert werden.
  • Nach einer anderen Ausführungsform gehen zumindest mehrere der Reduktionsgaseinlassleitungen von einer externen Bustle aus, sind also Bustle-slots einer externen Bustle.
  • Es können auch alle Reduktionsgaseinlassleitungen Bustle-slots einer externen Bustle sein. Bei einer Anzahl X von Reduktionsgaseinlassleitungen ist die Anzahl B von Reduktionsgaseinlassleitungen, die Bustle-slots einer externen Bustle sind, kleiner oder gleich X, also B ≤ X.
  • Gegenüber einer internen Bustle hat eine externe Bustle den Vorteil, dass die Bustle-slots einfacher von aussen gereinigt werden können, und dass die Feuerfestausmauerung im Inneren des Reduktionsreaktorschachtes unkomplizierter ausgestaltet werden kann.
  • Bevorzugterweise münden, speziell im Falle der Verwendung von staubbeladenem Reduktionsgas, die Bustle-slots wie in der Einleitung beschrieben in einen im Betrieb des Reduktionsschachtes nicht von der Schüttung ausgefüllten Bereich des Innenraums. Das wird beispielsweise dadurch erreicht, dass der Reduktionsschacht mit einer vertikal von oben entlang der Längsachse des Reduktionsschachtes gesehen sprunghaften Erweiterung des Durchmessers seines Innenraumes gefertigt ist.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform sind mehrere der Reduktionsgaseinlassleitungen fliegende Rohre. Das bedeutet, dass nicht alle Reduktionsgaseinlassleitungen fliegende Rohre sind. Bei einer Anzahl X von Reduktionsgaseinlassleitungen ist die Anzahl C von Reduktionsgaseinlassleitungen, die fliegende Rohre sind, kleiner als X, also C<X.
  • Bevorzugt ist bei A < X zumindest eine der Reduktionsgaseinlassleitungen, die nicht Bustle-Slots einer internen Bustle sind, ein fliegendes Rohr; ganz besonders bevorzugt alle, also X-A=C.
  • Bevorzugt ist bei B < X zumindest eine der Reduktionsgaseinlassleitungen, die nicht Bustle-Slots einer externen Bustle sind, ein fliegendes Rohr; ganz besonders bevorzugt alle, also X-B=C.
  • Durch Kombination von Bustle-Slots und fliegenden Rohren lässt sich Reduktionsgas in verschiedenen Abständen von der Innenwand des Reduktionsreaktorschachtes einleiten, was zur Vergleichmäßigung der Einleitung und damit zu einem besseren Reduktionsergebnis führt.
  • Im Vergleich zu einem durchgehenden Reduktionsgaskanalkörper bewirken fliegende Rohre eine einfachere Montage und bessere Auswechslungsmöglichkeit, während sie auch bezüglich gleichmäßiger Verteilung des Reduktionsgases gegenüber einem Reduktionsreaktorschacht nur mit Bustle einen Gewinn bringen.
  • Der Reduktionsgaskanalkörper durchquert den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes, welches von den Innenwänden des Reduktionsreaktorschachtes begrenzt ist. Der Reduktionsgaskanalkörper hat also zwei innenwandseitige Enden.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist an zumindest einem innenwandseitigen Ende des Reduktionsgaskanalkörpers im Wesentlichen senkrecht unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers eine Reduktionsgaszufuhrleitung zur Zufuhr von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes vorhanden. Dabei bedeutet im Wesentlichen senkrecht unterhalb, dass zumindest ein Teil der Mündung der Reduktionsgaszufuhrleitung sich senkrecht unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers befindet. Dann kann im Betrieb das aus dieser Mündung austretende Reduktionsgas beim Aufsteigen in einen unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers gebildeten Freiraum in der Schüttung eintreten und sich in diesem Freiraum, der unter dem Reduktionsgaskanalkörper den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes durchquert, verteilen.
  • Nach einer Ausführungsform entspringt die Reduktionsgaszufuhrleitung von einer internen Bustle. Sie ist dann beispielsweise ein - gegebenenfalls für diese Aufgabe speziell ausgebildeter - Bustle-slot der internen Bustle, oder sie ist ein Teilabschnitt dieser internen Bustle. Bevorzugt ist das an beiden innenwandseitigen Enden des Reduktionsgaskanalkörpers im Wesentlichen senkrecht unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers eine Reduktionsgaszufuhrleitung zur Zufuhr von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes vorhanden; dann können zwei Reduktionsgaszufuhrleitungen vorhanden sein - beispielsweise zwei Teilabschnitte einer internen Bustle.
  • Nach einer anderen Ausführungsform entspringt die Reduktionsgaszufuhrleitung ausserhalb des Reduktionsreaktorschachtes, beispielsweise von einer externen Bustle. Sie ist dann beispielsweise ein - gegebenenfalls für diese Aufgabe speziell ausgebildeter - Bustle-slot der externen Bustle.
  • Die interne oder externe Bustle ist mit zumindest einer Anspeisung für Reduktionsgas versehen, durch die Reduktionsgas in die interne oder externe Bustle geleitet wird. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine Anspeisung bezüglich des Umfanges des Reduktionsreaktorschachtes zu der Position der Reduktionsgaszufuhrleitung unterhalb eines innenwandseitigen Endes des Reduktionsgaskanalkörpers versetzt, bevorzugt um 45°- 90°, besonders bevorzugt im Wesentlichen 90°. Auf diese Weise strömt das Reduktionsgas einen möglichst langen Weg in der internen oder externen Bustle, bevor es in einen im Betrieb unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers gebildeten Hohlraum in der Schüttung eintritt. Dadurch werden aufgrund der Strömungsgeschwindigkeiten des Reduktionsgases in der Bustle Staubablagerungen in der internen oder externen Bustle minimiert.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Innendurchmesser des Reduktionsreaktorschachtes in dem Bereich seiner Längserstreckung, in dem Reduktionsgaskanalkörper und gegebenenfalls fliegende Rohre vorhanden sind, gegenüber anderen Bereichen seiner Längserstreckung erweitert. Die Erweiterung soll im Wesentlichen den Verlust von zur Abwärtsbewegung der Schüttung im Innenraum zur Verfügung stehender Querschnittsfläche kompensieren, welcher sich durch den Flächenbedarf des Reduktionsgaskanalkörpers und gegebenenfalls der fliegende Rohre ergibt. Beträgt dieser Verlust beispielsweise 10 % der Fläche der Querschnittsfläche im Innenraum, dann sollte der Innendurchmesser etwa 2 - 10 % erweitert sein. Dadurch können Stauprobleme in der sich abwärts bewegenden Schüttung vermindert werden, da Fläche, die von den fliegenden Rohren oder dem Reduktionsgaskanalkörper eingenommen wird und damit für eine Abwärtsbewegung der Schüttung nicht zur Verfügung steht, durch die Erweiterung wieder kompensiert wird. Der Bereich, in dem der Innendurchmesser des Reduktionsreaktorschachtes erweitert ist, umfasst bevorzugt einen Abschnitt der vertikalen Längserstreckung des Reduktionsreaktorschachtes, welcher vertikal gesehen eine Dicke von bis zu 100%, bevorzugt bis zu 40%, besonders bevorzugt bis zu 30%, ganz besonders bevorzugt bis zu 20%, des Durchmessers des Reduktionsreaktorschachtes aufweist.
  • Die Erweiterung kann auch oberhalb des Bereiches der Längserstreckung, in dem Reduktionsgaskanalkörper und gegebenenfalls fliegende Rohre vorhanden sind, vorhanden sein.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung von Metallschwamm oder Roheisen aus einer Schüttung aus metalloxidhaltigem stückigem Gut in einem Reduktionsreaktorschacht unter Verwendung eines Reduktionsgases, dadurch gekennzeichnet, dass
    eine erste Teilmenge des Reduktionsgases mittels mehrerer im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes endender Reduktionsgaseinlassleitungen in die Schüttung eingeleitet wird,
    und eine zweite Teilmenge des Reduktionsgases mittels eines den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes durchquerenden Reduktionsgaskanalkörpers in die Schüttung eingeleitet wird.
  • Bei Nutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildet sich im Betrieb unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers ein Freiraum in der Schüttung aus. In diesem Freiraum kann sich das Reduktionsgas verteilen und aus ihm in die Schüttung eintreten. Das Reduktionsgas wird also mittels des Reduktionsgaskanalkörpers im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes in die Schüttung eingeleitet.
  • Wenn Reduktionsgaseinlassleitungen als Bustle-slots ausgeführt sind, wird mittels der Bustle-slots Reduktionsgas in die Schüttung eingeleitet.
  • Wenn Reduktionsgaseinlassleitungen als nach unten offene, auf Tragrohren aufliegende Halbrohrschalen mit nach unten verlängerten Wänden, beispielsweise als fliegende Rohre, ausgeführt sind, so bildet sich im Betrieb analog zu dem Reduktionsgaskanalkörper unterhalb ein Freiraum in der Schüttung aus. In diesem Freiraum kann sich das Reduktionsgas verteilen und aus ihm in die Schüttung eintreten.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand schematischer beispielhafter Darstellungen von Ausführungsformen näher erläutert.
    • Figur 1 zeigt schematisch einen Reduktionsreaktorschacht nach dem Stand der Technik.
    • Figur 2 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Reduktionsreaktorschacht.
    • Figur 3 zeigt schematisch eine Ansicht der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung von oben vertikal abwärts.
    • Figur 4 zeigt schematisch einen Reduktionsgaskanalkörper mit unterhalb in der Schüttung ausgebildetem Freiraum.
    • Figur 5 zeigt schematisch eine zu Figur 3 analoge Ansicht einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
    • Figur 6 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
    • Figur 7 zeigt schematisch einen Schnitt entlang der unterbrochen dargestellten Linie A-A' aus Figur 7.
    Beschreibung der Ausführungsformen
  • Figur 1 nach dem Stand der Technik zeigt, dass in einem Reduktionsreaktorschacht 1 über eine Zufuhrvorrichtung 2 eingebrachtes eisenoxidhaltiges stückiges Material eine Schüttung 3 ausbildet. Reduktionsgas 4 - dargestellt durch gewellte Pfeile mit massiver Spitze - durchströmt die Schüttung und reduziert das Stückerz dabei zu Eisenschwamm. Auf die Darstellung von Vorrichtungsteilen zum Abziehen von verbrauchtem Reduktionsgas aus dem Reduktionsreaktorschacht wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Das Reduktionsgas 4 wird in eine in der Feuerfestausmauerung 5 des Reduktionsreaktorschachtes 1 geformte interne Bustle 6 geleitet. Von der internen Bustle 6 gehen mehrere Reduktionsgaseinlassleitungen zur Einleitung von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes - hier Bustle-slots 7 - aus, die im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes 1 enden. Mittels dieser Bustle-slots 7 wird entsprechend dem Stand der Technik das Reduktionsgas in die Schüttung eingeleitet. Aufgrund eines Rücksprunges im Durchmesser des Innenraumes des Reduktionsreaktorschachtes bildet sich um den gesamten Umfang des Reduktionsreaktorschachtes ein nicht von der Schüttung befüllter Ringraum 8 aus.
  • In der zu Figur großteils analogen Figur 2 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf die Wiederholung der in Figur 1 genutzten Bezugszeichen aus Gründen der Übersichtlichkeit meist verzichtet. Es sind Mündungen 9a, 9b, 9c, 9d mehrerer Bustle-slots 7 eingezeichnet; aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde nicht jeder eingezeichneten Mündung ein eigenes Bezugszeichen zugeordnet. Die Mündungen 9a, 9b, 9c, 9d der Bustle-slots sind die Reduktionsgasauslässe der Bustle-slots 7. Sie liegen in einer horizontalen Ebene 10.
  • Ein Reduktionsgaskanalkörper 11 durchquert den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes 1. Der Reduktionsgaskanalkörper ist als nach unten offene, auf einem Tragrohr 12 aufliegende Halbrohrschale 13 mit nach unten verlängerten Wänden ausgeführt. Das Tragrohr 12 ist beidseitig am Mantel 14 des Reduktionsreaktorschachtes abgestützt, was nicht dargestellt ist. Der Reduktionsgaskanalkörper 11 verläuft waagerecht und durchquert den Innenraum als Durchmesser. Er liegt innerhalb desjenigen Abschnittes der vertikalen Längserstreckung des Reduktionsreaktorschachtes, welcher vertikal gesehen eine Dicke von bis zu 100% des Durchmessers des Reduktionsreaktorschachtes aufweist - im dargestellten Fall unterhalb 30% -, in dem die Mündungen der Bustle-slots liegen.
  • An beiden innenwandseitigen Enden des Reduktionsgaskanalkörpers 11 ist senkrecht unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers 11 eine Reduktionsgaszufuhrleitung zur Zufuhr von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes vorhanden
    • in diesem Fall ein Teilabschnitt der internen Bustle 6, der senkrecht unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers 11 zum Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes 1 offen ist - diese Öffnung 15 ist mit einem Rechteck schematisch dargestellt.
  • Figur 3 zeigt eine Ansicht der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung von oben vertikal abwärts. Die beiden Anspeisungen 16a und 16b der Bustle 5 sind bezüglich des Umfanges des Reduktionsreaktorschachtes 1 um im Wesentlichen 90° zu der Position der - in Figur 3 nicht sichtbaren - Reduktionsgaszufuhrleitungen unterhalb des innenwandseitigen Enden 17a, 17b des Reduktionsgaskanalkörpers 1 versetzt.
  • Figur 4 zeigt schematisch, wie beim Reduktionsgaskanalkörper 11 unterhalb in der Schüttung ein Freiraum 18 ausgebildet ist. Das Tragrohr 12 trägt die Halbrohrschale 13 mit verlängerten im Wesentlichen parallelen Wänden. Es ist auch dargestellt, dass die verlängerten Seitenwände am Tragrohr mittels Streben abgestützt sind, um ein Verbiegen unter dem Druck der Schüttung 3 zu verhindern.
  • Ein entsprechender Freiraum bildet sich bei analoger Konstruktion der vorne beschriebenen fliegenden Rohre aus.
  • Figur 5 zeigt schematisch eine zu Figur 3 analoge Ansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Hier ist eine externe Bustle vorhanden, die aus den beiden Teilen 19a und 19b besteht. Sie wird durch die Anspeisungen 22 und 23 mit Reduktionsgas versorgt. Die externe Bustle könnte auch als durchgehender Ring ausgeführt sein, was allerdings nicht in einer extra Figur dargestellt ist. Der Reduktionsgaskanalkörper 11 verbindet die beiden Teile 19a und 19b. Von der externen Bustle gehen Bustle-slots 20 aus, die in einen strichliert angedeuteten Ringraum, welcher in der Schüttung infolge einer sprunghafte Erweiterung des Innenraums ausgebildet wird, innerhalb des Mantels 14 des Reduktionsreaktorschachtes münden. Ebenfalls gehen zwecks Einleitung von Reduktionsgas fliegende Rohre 21, die so wie der Reduktionsgaskanalkörper am Mantel 14 abgestützt sind, aus. Sie enden im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes.
  • In den Darstellungen in den Figuren 2 bis 5 wird bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung von Eisenschwamm eine erste Teilmenge des Reduktionsgases mittels mehrerer im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes endender Reduktionsgaseinlassleitungen - Bustle-slots externer oder interner Bustle, beziehungsweise fliegende Rohre ausgehende von einer externen Bustle - in die Schüttung eingeleitet. , Eine zweite Teilmenge des Reduktionsgases wird mittels eines den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes durchquerenden Reduktionsgaskanalkörpers in die Schüttung eingeleitet.
  • Die Figuren 6 und 7 zeigen schematisch, wie in Figur 3 und Figur 4 der als Reduktionsgaszufuhrleitung zur Zufuhr von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes fungierende Teilabschnitt der internen Bustle 6 senkrecht unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers 11 ausgeführt ist. Die interne Bustle 6 hat nach unten hin eine Erweiterung; der Reduktionsgaskanalkörper 11 liegt so, dass der Freiraum 18 unter dem Reduktionsgaskanalkörper 11 in etwa in einer Ebene liegt mit dem Ringraum, in den die Bustle-slots 7 mit ihren Mündungen 9e münden.
  • Figur 6 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Ein interne Bustle 6 ist in der Feuerfestausmauerung 5 im Mantel 14 des Reduktionsreaktorschachtes vorhanden. Ein Teilabschnitt der internen Bustle 6 ist nach unten hin erweitert. Die die interne Bustle 6 zum Innenraum begrenzende Wandung ist schraffiert dargestellt. In der internen Bustle 6 sind einige Öffnungen von Bustle-slots 7 im Bereich des Bodens der internen Bustle 6 dargestellt; Begrenzungen des Bodens sind mit strichlierten Linien dargestellt. Ein Bustle slot 7 mit Mündung 9e ist im Schnitt dargestellt.
  • An dem Teilabschnitt der internen Bustle 6, der nach unten hin erweitert ist, tritt ein Reduktionsgaskanalkörper 11 durch die schraffiert dargestellte Wandung in den Innenraum ein. Es ist zur besseren Übersichtlichkeit nur ein Teilstück des Reduktionskanalkörpers 11 mit Tragrohr 12 und Halbrohrschale 13 dargestellt. Senkrecht unter dem Reduktionsgaskanalkörper 11 weist die schraffiert dargestellte Wandung eine Öffnung 15 auf, durch die Reduktionsgas in den Innenraum eingeleitet wird. Diese Öffnung 15 ist eine Reduktionsgaszufuhrleitung ausgehend von der internen Bustle 6. Der Reduktionsgaskanalkörper 11 liegt so, dass der Freiraum 18 unter dem Reduktionsgaskanalkörper 11 in etwa in einer Ebene liegt mit den Mündungen der Bustle-slots, von denen zur besseren Übersichtlichkeit nur eine, nämlich Mündung 9e, dargestellt ist.
  • In Figur 7 ist ein Schnitt entlang der unterbrochen dargestellten Linie A-A' aus Figur 7 gezeigt. Der Strömungsweg von Reduktionsgas 4 - dargestellt durch gewellte Pfeile mit massiver Spitze - aus der Bustle 6 heraus durch Öffnung 15 in einen Bereich unter dem Reduktonsgaskanalkörper 11 ist illustriert.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
    • Liste der Bezugszeichen
    • 1
    Reduktionsreaktorschacht
    2
    Zufuhrvorrichtung
    3
    Schüttung
    4
    Reduktionsgas
    5
    Feuerfestausmauerung
    6
    Interne Bustle
    7
    Bustle-slot
    8
    Ringraum
    9a,9b,9c,9d
    Mündungen der Bustle-slots 7
    10
    horizontalen Ebene 10, in der die Mündungen 9a,9b,9c,9d der Bustle-slots 7 liegen
    11
    Reduktionsgaskanalkörper
    12
    Tragrohr
    13
    Halbrohrschale
    14
    Mantel (des Reduktionsreaktorschachtes 1)
    15
    Öffnung
    16a,16b
    Anspeisungen der Bustle 5
    17a,17b
    innenwandseitigen Enden des Reduktionsgaskanalkörpers 1
    18
    Freiraum
    19a,19b
    Teile einer externen Bustle
    20
    Bustle-slots
    21
    Fliegendes Rohr
    22
    Anspeisung
    23
    Anspeisung
    Liste der Anführungen Patentliteratur

Claims (12)

  1. Vorrichtung zur Erzeugung von Metallschwamm oder Roheisen aus metalloxidhaltigem stückigem Gut unter Verwendung eines Reduktionsgases, umfassend
    - einen Reduktionsreaktorschacht (1),
    - mehrere
    im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes (1) endende Reduktionsgaseinlassleitungen zur Einleitung von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes (1),
    - einen den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes (1) durchquerenden Reduktionsgaskanalkörper (11) zur Einleitung von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes (1).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes (1) liegenden Reduktionsgas-Auslässe der Reduktionsgaseinlassleitungen alle innerhalb eines Abschnittes der vertikalen Längserstreckung des Reduktionsreaktorschachtes (1) liegen, welcher vertikal gesehen eine Dicke von bis zu 100% des Durchmessers des Reduktionsreaktorschachtes (1) aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reduktionsgaskanalkörper (11) zumindest teilweise innerhalb desjenigen Abschnittes der vertikalen Längserstreckung des Reduktionsreaktorschachtes (1) liegt, welcher vertikal gesehen eine Dicke von bis zu 100%, bevorzugt bis zu 40%, besonders bevorzugt bis zu 30%, ganz besonders bevorzugt bis zu 20%, des Durchmessers des Reduktionsreaktorschachtes (1) aufweist, in dem die Reduktionsgas-Auslässe der Reduktionsgaseinlassleitungen liegen.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest mehrere der Reduktionsgaseinlassleitungen von einer internen Bustle (6) ausgehen.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest mehrere der Reduktionsgaseinlassleitungen von einer externen Bustle (19a, 19b) ausgehen.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Reduktionsgaseinlassleitungen fliegende Rohre (21) sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem innenwandseitigen Ende des Reduktionsgaskanalkörpers (11) im Wesentlichen senkrecht unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers (11) eine Reduktionsgaszufuhrleitung zur Zufuhr von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes (1) vorhanden ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsgaszufuhrleitung von einer internen Bustle (6) entspringt.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsgaszufuhrleitung außerhalb des Reduktionsreaktorschachtes (1) entspringt.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die interne oder externe Bustle mit zumindest einer Anspeisung für Reduktionsgas versehen ist, durch die Reduktionsgas in die interne oder externe Bustle geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Anspeisung bezüglich des Umfanges des Reduktionsreaktorschachtes (1) zu der Position der Reduktionsgaszufuhrleitung unterhalb eines innenwandseitigen Endes des Reduktionsgaskanalkörpers (11) versetzt ist bevorzugt um 45°- 90°, besonders bevorzugt im Wesentlichen 90°.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Reduktionsreaktorschacht (1) in dem Bereich seiner Längserstreckung, in dem Reduktionsgaskanalkörper (11) und gegebenenfalls fliegende Rohre (21) vorhanden sind, gegenüber anderen Bereichen seiner Längserstreckung erweitert ist.
  12. Verfahren zur Erzeugung von Metallschwamm oder Roheisen aus einer Schüttung (3) aus metalloxidhaltigem stückigem Gut in einem Reduktionsreaktorschacht (1) unter Verwendung eines Reduktionsgases,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine erste Teilmenge des Reduktionsgases mittels mehrerer im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes (1) endender Reduktionsgaseinlassleitungen in die Schüttung (3) eingeleitet wird,
    und eine zweite Teilmenge des Reduktionsgases mittels eines den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes (1) durchquerenden Reduktionsgaskanalkörpers (11) in die Schüttung (3) eingeleitet wird
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