WO2000009765A1 - Schachtofen - Google Patents

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WO2000009765A1
WO2000009765A1 PCT/EP1999/004875 EP9904875W WO0009765A1 WO 2000009765 A1 WO2000009765 A1 WO 2000009765A1 EP 9904875 W EP9904875 W EP 9904875W WO 0009765 A1 WO0009765 A1 WO 0009765A1
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WO
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shaft furnace
gas supply
gas
annular space
cavity
Prior art date
Application number
PCT/EP1999/004875
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English (en)
French (fr)
Inventor
Leopold Werner Kepplinger
Rainer Walter Kastner
Kurt Wieder
Wilhelm Schiffer
Wilhelm Stastny
Original Assignee
Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh
Deutsche Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh
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Publication date
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Priority to US09/762,785 priority patent/US6511629B1/en
Priority to JP2000565198A priority patent/JP4467796B2/ja
Priority to BR9912796-2A priority patent/BR9912796A/pt
Priority to DE59908260T priority patent/DE59908260D1/de
Priority to AU50359/99A priority patent/AU756280B2/en
Priority to CA002338069A priority patent/CA2338069C/en
Priority to AT99934663T priority patent/ATE257520T1/de
Priority to PL99346054A priority patent/PL193740B1/pl
Priority to EP99934663A priority patent/EP1105542B1/de
Priority to UA2001031477A priority patent/UA60371C2/uk
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/02—Internal forms
    • 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
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a shaft furnace, in particular a direct reduction shaft furnace, with a bed of lumpy material, in particular iron oxide and / or sponge containing lumpy material, which can be fed into the shaft furnace from above and with a plurality of gas inlet openings arranged in one plane for a reducing gas in the region of the lower one Third of the shaft furnace, the shaft furnace being surrounded on the outside by an annular space which is connected at the bottom to the gas inlet openings by gas supply channels.
  • Shaft furnaces in particular direct reduction shaft furnaces of the type described above, are widely known from the prior art.
  • a shaft furnace designed essentially as a cylindrical hollow body, contains, for example, a bed of lumpy material containing iron oxide and / or sponge iron, the material containing iron oxide being fed into the upper part of the shaft furnace.
  • a reducing gas originating, for example, from a melter gasifier is blown into the shaft furnace and thus into the solid bed.
  • the hot dust-laden reducing gas flows upwards through the solid bed and thereby reduces the iron oxide of the bed completely or partially to sponge iron.
  • the wholly or partially reduced iron oxide is conveyed out of the shaft furnace by discharge devices arranged between the bottom region of the shaft furnace and the region of the gas inlet openings, the bed column located in the shaft furnace sinking downwards due to gravity.
  • a shaft furnace Due to its design, a shaft furnace must ensure that the reaction can take place in an even and as complete a manner as possible, and that the bulk material can be lowered evenly.
  • AT PS 387 037 discloses a shaft furnace for the thermal treatment of feedstocks with gaseous media. Gas inlet openings are provided for the supply of reducing gas, which are covered by an annular skirt opposite the feed materials introduced into the shaft furnace. Between the annular apron and an annular extension of the casing of the shaft furnace there is an annular one Cavity provided so that the introduced reducing gas over the circumference of the
  • the shaft furnace can be distributed to the feed materials.
  • annular apron produced in this way would also collapse when the shaft furnace was first loaded.
  • the lateral forces from fillings, for example due to process-dependent volume increases, are considerable.
  • the ring-shaped apron would break away immediately.
  • DE PS 34 22 185 discloses an arrangement of a carburetor and a direct reduction shaft furnace.
  • the direct reduction shaft furnace has conveyor screws arranged above it in a star shape, with which lumpy material is conveyed out of the shaft furnace.
  • the inner ends of the screw conveyors are mounted in a conical installation in the middle of the shaft furnace. This conical installation is connected at the bottom to the melter gasifier, so that reducing gas can flow from the melter gasifier through the cone-shaped installation into the shaft furnace.
  • Reduction gas is further fed to the shaft furnace via at least one gas inlet opening which opens into an annular space formed by an annular skirt and the shaft furnace shell.
  • this ring apron as to that in AT PS 387 037, ie it would immediately break away to the side and / or be ground off due to the abrasive forces of the bed moving past it.
  • the conical installation at the same height as the ring skirt represents a reduction in the free cross-section of the shaft furnace from the perspective of the fill material.
  • the laterally effective forces from the bed in the area of the conical installation and the ring skirt are much greater than in other areas of the Shaft furnace.
  • the fill in areas of reduced cross-section preferably forms caking, agglomerations and bridges. This will make it even
  • Shaft furnaces are known from the prior art, for example US Pat. No. 3,816,101 or US Pat. No. 4,046,557, in which a reducing gas is first introduced into a cavity which surrounds the shaft furnace, from which a plurality of gas supply ducts form a frustoconical shell Extension of the shaft furnace jacket open.
  • this annular cavity has a rectangular cross-sectional area, the gas supply channels opening into the shaft furnace leading away from the bottom and / or from the inner wall of this annular space.
  • This gas supply system is unsuitable if the reducing gas is to be supplied evenly distributed over the circumference of the shaft furnace. Since the bulk material lies directly at each gas inlet opening, the number of gas entry points into the shaft furnace and thus into the bed is only as large as the number of gas inlet openings.
  • the object of the invention is therefore to provide a shaft furnace, in particular a direct reduction shaft furnace, the gas supply system of which is designed in such a way that the disadvantages known from the prior art are avoided.
  • this gas supply system should be able to be produced in a simple manner from conventional refractory material and have sufficient mechanical stability with respect to the have lateral forces from the bed. Dust-laden reducing gas should spread evenly around the circumference of the shaft furnace and therefore also in the
  • the shaft contour has a diameter expansion in the area of the gas inlet openings and the wall of the shaft furnace is designed in such a way that an annular cavity is formed between the gas inlet openings arranged in the area of this diameter expansion and the bed.
  • a number of means - for dividing the annular cavity into separate sections - are arranged in the area of the diameter expansion and fastened to or in the wall of the shaft furnace.
  • annular cavity for example 2 to 16, but preferably 4 to 8 are arranged approximately equally spaced from one another in the region of the diameter widening, so that the annular cavity is divided into as many sections.
  • These means for dividing the cavity are preferably formed by vertically arranged sheets and / or plates, which are in any case dimensioned in such a way that in each case such means penetrate the vertical cross section of the cavity at least completely.
  • further means - for dividing the annular space into mutually separate sections are arranged in the annular space, each of the separate sections being able to be supplied with gas independently from the outside of the shaft furnace.
  • the division of the annular cavity into separate sections together with the division of the annular space into separate sections proves to be advantageous, because it avoids or reduces the risk that the reducing gas - in the event of temporary disturbances in the gas flow through the fill - the path of the least
  • the means for dividing the annular space and the means for dividing the cavity are arranged such that a section of the annular space is assigned to a number of sections of the cavity, so that gas passes through the respective section of the corresponding section (s) ) can be supplied.
  • the number of means for dividing the annular space is the same as the number of means for dividing the cavity and a section is assigned to a section.
  • each section of the annular space is tapered in the circumferential direction from the location of the gas supply to the respective section ends.
  • a number of gas supply channels can each be operated from outside the shaft furnace Associated cleaning device, by means of which caking from the
  • Gas supply channels or the annular space upstream of the gas supply channels in the gas flow direction can be cleaned.
  • a cleaning device is expediently designed as a poking device, the poking device essentially penetrating the outer wall of the annular space in the extension of one gas supply channel.
  • the diameter expansion forms a truncated cone-shaped lateral surface, the generatrix of which includes an angle with the horizontal which is smaller than the angle of repose of the material in the shaft furnace.
  • the angle of repose is to be understood as the natural angle of repose which the generatrix of the lateral surface of a cone of pouring includes with the horizontal.
  • the angle which the generatrix of the lateral surface forms with the horizontal is preferably 0 to 25 °, the diameter widening widening from top to bottom.
  • the angle of repose of lumpy iron sponge, ore pellets or lumpy ore is about 35 to 40 °. The difference between these two angles is sufficiently large to create an annular space in which the reducing gas can be optimally distributed.
  • Shell surface or the gas inlet openings arranged in the shell surface so large that the risk of dusty or lumpy material from the bed in one of the
  • Gas supply channels can reach is minimized.
  • the gas supply system also has excellent mechanical stability, since the dimensions of the gas supply ducts which penetrate the wall of the shaft furnace can be kept so small that the gas inlet openings or the gas supply system formed by the gas supply ducts and the refractory material surrounding the gas supply ducts is made up of the Can withstand bulk acting side forces.
  • the gas supply system can also be produced in a simple manner from conventional refractory material, for example firebrick bricks, since each part of the gas supply system is supported by underlying parts. There are no devices, such as a ring apron, which would only be connected to the wall of the shaft furnace via an upper edge.
  • the gas supply channels have an essentially rectangular cross section and are tapered from bottom to top, the inner edges of the gas supply channels being rounded. This ensures that gas supply channels in which a material jam occurs in spite of the material-free annular cavity formed in the interior of the shaft furnace, i.e. clean again with the downward movement of the goods in the shaft furnace.
  • the transition between the annular space, which surrounds the shaft furnace on the outside in a ring, and the gas supply ducts are designed to slope downwards.
  • Fig. 1 Overall view of the shaft furnace
  • Fig. 2 diameter expansion of the shaft furnace with gas supply channel
  • FIG. 1 shows the shaft furnace 1 according to the invention with a bed of lumpy material 2 which can be loaded onto the shaft furnace 1 from above (feed device not shown).
  • a large number of gas inlet openings 3 are arranged in one plane in the region of the lower third of the shaft furnace 1.
  • a reduction gas is blown into the bed 2 through these gas inlet openings 3.
  • screw conveyors 4 are arranged, through which the piece goods are discharged from the shaft furnace 1.
  • FIG. 2 shows one of the gas inlet openings 3 with the annular space 5 surrounding the shaft furnace 1 on the outside and one of the gas supply channels 6, which connect the gas inlet openings to the annular space 5.
  • the diameter widening 7 of the shaft contour is designed as a horizontal recess in the casing of the shaft furnace 1, so that an annular cavity 8 is formed between the gas inlet openings 3 and the bed 2.
  • the reducing gas supplied through the gas supply channels 6 and the gas inlet openings 3 can be optimally distributed in this cavity 8.
  • a means 11 for dividing the cavity and a means 12 for dividing the annular space 5, here each formed as a vertically arranged sheet, are shown in dashed lines.
  • a cleaning opening 13 passes through the outer jacket of the annular space 5 in such a way that the central axis of the cleaning opening 13 coincides with the central axis of the gas supply channel 6.
  • the cleaning opening 13 is sealingly closable on the outside. If this is necessary, the gas supply channel 6 and part of the annular space 5 can be cleaned of deposits, for example by means of a rod 14 (straight or curved).
  • FIG. 3 shows a section through AA of FIG. 1, the viewing direction being selected vertically from below in the direction of one of the gas supply channels 6.
  • the inner edges 9 of the Gas supply channels 6 are rounded and the gas supply channels 6 are tapered upwards. This ensures that dusty material from the
  • Reducing gas is not deposited in the gas supply channels 6, or that the
  • Fig. 4 shows a section through B-B of Fig. 2, viewed from the inside of the shaft.
  • the gas supply channels 6 widen from top to bottom and the transitions 10 from the annular space 5 to the gas supply channels 6 are designed to slope downwards. This is also intended to ensure that dust-like material from the reducing gas is not deposited in the annular space 5, but is introduced into the shaft furnace 1 together with the reducing gas.
  • FIG. 5 shows a section through C-C of FIG. 2, the annular space 5 being shown with a decreasing cross section in the circumferential direction from the location of the gas feed 15 to the section ends 12.
  • the sheets or plates are not limited to the shape and size shown in FIG. 2, but, depending on the material and process-related requirements, can also have, for example, rectangular or circular segment-like outlines and also have smaller dimensions, so that they are not as far as in Fig. 2 protrude into the bed.
  • the annular space can be structurally connected to the shaft, but it is also possible for the annular space to be formed by an annular pipeline which concentrically surrounds the shaft - spaced apart from it. The connection between the ring pipeline and the gas supply channels then takes place via downward-widening stub lines.
  • This brings further advantages in the design of the reduction shaft, in particular the refractory construction, as well as improved accessibility of the annular space for the purpose of cleaning.
  • the reduction in cross section of the sections of the annular space is not only carried out - as shown in FIG. 5 - as a reduction in the horizontal diameter, but - alternatively or additionally - as a reduction in the vertical diameter of the annular space or - in the case of a ring pipeline - as a conical constriction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schachtofen, insbesondere einen Direktreduktionsschachtofen, mit einer Schüttung aus stückigem Gut (2), insbesondere Eisenoxid und/oder Eisenschwamm enthaltendem stückigem Gut, welches von oben in den Schachtofen aufgebbar ist und mit in einer Ebene angeordneten Vielzahl von Gaseintrittsöffnungen (3) für ein Reduktionsgas im Bereich des unteren Drittels des Schachtofens, wobei die Schachtkontur eine Durchmessererweiterung (7) aufweist und zwischen den Gaseintrittsöffnungen (3) und der Schüttung (2) ein Hohlraum (8) ausgebildet ist. Der erfindungsgemäße Schachtofen ermöglicht es, dem Schachtofen gleichmäßig über seinen Umfang verteilt Gas zuzuführen.

Description

Schachtofen
Die Erfindung betrifft einen Schachtofen, insbesondere Direktreduktionsschachtofen, mit einer Schüttung aus stückigem Gut, insbesondere Eisenoxid und/oder Eisenschwamm enthaltendem stückigem Gut, welches von oben in den Schachtofens aufgebbar ist und mit in einer Ebene angeordneten Vielzahl von Gaseintrittsöffnungen für ein Reduktionsgas im Bereich des unteren Drittels des Schachtofens, wobei der Schachtofen außen von einem Ringraum umgeben ist, welcher nach unten durch Gaszufiührungskanäle mit den Gaseintrittsöffnungen verbunden ist.
Schachtöfen, insbesondere Direktreduktionsschachtofen der oben beschriebenen Art sind vielfach aus dem Stand der Technik bekannt. Ein solcher, im wesentlichen als zylindrischer Hohlkörper ausgebildeter Schachtofen enthält beispielsweise eine Schüttung aus Eisenoxid und/oder Eisenschwamm enthaltendem stückigem Gut, wobei das Eisenoxid enthaltende Gut in den oberen Teil des Schachtofens aufgegeben wird. Durch mehrere über den Umfang des Schachtofens angeordnete Gaseintrittsöffnungen im Bereich des unteren Drittels des Schachtofens wird ein beispielsweise aus einem Einschmelzvergaser stammendes Reduktionsgas in den Schachtofen und damit in die Feststoffschüttung eingeblasen. Das heiße staubbeladene Reduktionsgas durchströmt die Feststoffschüttung nach oben und reduziert dabei das Eisenoxid der Schüttung ganz oder teilweise zu Eisenschwamm.
Der ganz oder teilweise reduzierte Eisenoxid wird durch zwischen dem Bodenbereich des Schachtofens und dem Bereich der Gaseinlaßöffnungen angeordnete Austragsvorrichtungen aus dem Schachtofen heraus gefördert, wobei die im Schachtofen befindliche Schüttungssäule aufgrund der Schwerkraft nach unten sinkt.
Ein Schachtofen muß aufgrund seiner Bauweise gewährleisten, daß darin ein gleichmäßiger, möglichst vollständiger Reaktionsverlauf, sowie ein gleichmäßiges Absenken des Schüttgutes erfolgen kann.
Die AT PS 387 037 offenbart einen Schachtofen zur thermischen Behandlung von Einsatzstoffen mit gasförmigen Medien. Für die Zuführung von Reduktionsgas sind dabei Gaseintrittsöffnungen vorgesehen, die von einer ringförmigen Schürze gegenüber den im Schachtofen eingebrachten Einsatzstoffen abgedeckt sind. Zwischen der ringförmigen Schürze und einer ringförmigen Erweiterung des Mantels des Schachtofens ist ein ringförmiger Hohlraum vorgesehen, so daß das eingeleitete Reduktionsgas über den Umfang des
Schachtofens verteilt den Einsatzstoffen zugeleitet werden kann.
Diese Ausführung des Gaszuführungssystems hat schwerwiegende Nachteile. Die Innenwände von Schachtöfen werden üblicherweise aus feuerfestem Material, beispielsweise Schamott, gemauert. Eine solche ringförmige Schürze kann aber, da sie nur über ihren oberen Umfang mit dem Mantel des Schachtofens verbunden ist, nicht aus einzelnen Schamottziegeln hergestellt werden. Diese Art des Gaszufiüirungssystems ist aber monolithisch, also aus einem Stück gefertigt, prinzipiell herstellbar. Dazu müßten allerdings einzelne Segmente des Schachtofenmantels zusammen mit dem daran hängenden Teil der ringförmigen Schürze aus jeweils einem einzigen Stück feuerfesten Materials gefertigt werden. Dies ist aber wegen der Größe der Segmente, sowie wegen deren komplexer Geometrie kaum durchzuführen.
Eine auf diese Weise hergestellte ringförmige Schürze würde darüber hinaus bei der ersten Beschickung des Schachtofens zusammenbrechen. Die Seitenkräfte aus Schüttungen, beispielsweise wegen prozeßabhängiger Volumensvergrößerungen, sind beträchtlich. Dadurch würde die ringförmige Schürze sofort nach außen wegbrechen.
Die DE PS 34 22 185 offenbart eine Anordnung aus einem Vergaser und einem Direktreduktionsschachtofen. Der Direktreduktionsschachtofen weist über seinem Boden sternförmig angeordnete Förderschnecken auf, mit welchen stückiges Gut aus dem Schachtofen gefördert wird. Die inneren Enden der Förderschnecken sind in einem kegelförmigen Einbau in der Mitte des Schachtofens gelagert. Dieser kegelförmige Einbau ist nach unten mit dem Einschmelzvergaser verbunden, so daß Reduktionsgas aus dem Einschmelzvergaser durch den kegelförmigen Einbau in den Schachtofen strömen kann. Reduktionsgas wird dem Schachtofen weiters über mindestens eine Gaseintrittsöffnung zugeführt, die in einen von einer Ringschürze und dem Schachtofenmantel gebildeten Ringraum mündet. Für diese Ringschürze gilt dasselbe, wie für die in der AT PS 387 037, d.h. sie würde sofort seitlich wegbrechen und/oder aufgrund der abrasiven Kräfte der sich an ihr vorbeibewegenden Schüttung abgeschliffen werden. Dies gilt um so mehr, als der sich auf gleicher Höhe wie die Ringschürze befindende kegelförmige Einbau aus der Sicht des Schüttungsmaterials eine Verringerung des freien Querschnitts des Schachtofens darstellt. Infolgedessen sind auch die seitlich wirksamen Kräfte aus der Schüttung im Bereich des kegelförmigen Einbaus und der Ringschürze wesentlich größer als in anderen Bereichen des Schachtofens. Darüber hinaus bildet die Schüttung in Bereichen verringerten Querschnitts bevorzugt Verbackungen, Agglomerationen und Brücken. Dadurch wird ein gleichmäßiges
Absenken des Schüttungsmaterials verhindert.
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise der US PS 3 816 101 oder der US PS 4 046 557, sind Schachtöfen bekannt, bei denen ein Reduktionsgas zunächst in einen den Schachtofen ringförmig umgebenden Hohlraum eingebracht wird, von dem aus mehrere Gaszuführungskanäle in eine Kegelstumpfmantel-förmige Erweiterung des Schachtofenmantels münden. In einem senkrechten Schnitt weist dieser ringförmige Hohlraum eine rechteckige Querschnittsfläche auf, wobei vom Boden und/oder von der inneren Wand dieses Ringraumes die in den Schachtofen mündenden Gaszuführungskanäle wegführen.
Dieses Gaszufuhrungssystem ist ungeeignet, wenn das Reduktionsgas gleichmäßig über den Umfang des Schachtofens verteilt zugeführt werden soll. Da das Schüttungsmaterial direkt an jeder Gaseintrittsöffnung anliegt, ist die Zahl der Gaseintrittsstellen in den Schachtofen und damit in die Schüttung nur jeweils so groß wie die Anzahl der Gaseintrittsöffnungen.
Bei Verwendung eines staubbeladenen Reduktionsgases kann sich Staub bei der Mündung der Gaszuführungskanäle in den Schachtofen ablagern und dort die Gasdurchlässigkeit der Schüttung verringern, wodurch sich weiterer Staub ablagert, usw. und letztendlich die Gaszufuhrungskanäle verstopft. Weiterer Staub kann sich auch am Boden des Ringraumes absetzen. Im Extremfall kann sogar stückiges Material aus der Schüttung bis in den Ringraum gelangen. Die Entfernung der im Gaszufuhrungssystem abgelagerten Feststoffe ist nicht möglich, ohne den Schachtofen außer Betrieb zu nehmen und zu entleeren. Die durch verstopfte Gaszuf hj-ungskanäle verursachten Durchgasungsstörungen der Schüttung fuhren zu einer ungleichmäßigen Reduktion des Schüttungsmaterials und zu einer Verringerung der Produktqualität.
Gegenstand der Erfindung ist es daher, einen Schachtofen, insbesondere einen Direktreduktionsschachtofen bereitzustellen, dessen Gaszuführungssystem so gestaltet ist, daß die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermieden werden.
Insbesondere soll dieses Gaszuführungssystem auf einfache Weise aus herkömmlichem Feuerfestmaterial herstellbar sein und eine ausreichende mechanische Stabilität gegenüber den aus der Schüttung seitlich wirkenden Kräften aufweisen. Staubbeladenes Reduktionsgas soll sich gleichmäßig am Umfang des Schachtofens und daher in weiterer Folge auch in der
Schüttung verteilen können und das Verstopfen von Gaszuführungskanälen soll vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schachtkontur im Bereich der Gaseintrittsöffnungen eine Durchmessererweiterung aufweist und die Wand des Schachtofens in einer Weise ausgebildet ist, daß zwischen den im Bereich dieser Durchmessererweiterung angeordneten Gaseintrittsöffnungen und der Schüttung ein ringförmiger Hohlraum ausgebildet ist.
Mit der erfindungsgemäßen Ausfiihrung des Gaszufuhrungssystems ist es erstmals möglich, einem Schachtofen gleichmäßig über seinen Umfang verteilt Gas zuzuführen, ohne eine mechanisch instabile und aus herkömmlichen feuerfesten Steinen kaum herstellbare Ringschürze vorsehen zu müssen.
Nach einem vorteilhaften Merkmal sind im Bereich der Durchmessererweiterung eine Anzahl von Mitteln - zum Aufteilen des ringförmigen Hohlraums in voneinander getrennte Sektionen - angeordnet und an bzw. in der Wand des Schachtofens befestigt.
Von diesen Mitteln zum Aufteilen des ringförmigen Hohlraums sind beispielsweise 2 bis 16, bevorzugterweise jedoch 4 bis 8 im wesentlichen etwa gleichmäßig voneinander beabstandet im Bereich der Durchmessererweiterung angeordnet, so daß der ringförmige Hohlraum in ebensoviele Sektionen unterteilt wird.
Bevorzugterweise werden diese Mittel zum Aufteilen des Hohlraums von senkrecht angeordneten Blechen und/oder Platten gebildet, die auf jeden Fall so bemessen sind, daß jeweils ein solches Mittel den senkrechten Querschnitt des Hohlraums mindestens zur Gänze durchsetzt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform sind zusätzlich zu den Mitteln zum Aufteilen des Hohlraumes weitere Mittel - zum Aufteilen des Ringraumes in voneinander getrennte Abschnitte im Ringraum angeordnet, wobei jedem der voneinander getrennten Abschnitte jeweils unabhängig voneinander von außerhalb des Schachtofens Gas zuführbar ist. Die Aufteilung des ringförmigen Hohlraums in voneinander getrennte Sektionen zusammen mit der Aufteilung des Ringraumes in voneinander getrennte Abschnitte erweist sich als vorteilhaft, weil damit die Gefahr vemieden bzw. verringert wird, daß das Reduktionsgas - bei temporären Durchgasungsstörungen der Schüttung - den Weg des geringsten
Widerstandes nimmt und dadurch Teilbereiche der Schüttung verstärkt von Reduktionsgas durchströmt werden und andere Teilbereiche an Reduktionsgas "unterversorgt" sind.
Vorzugsweise snd dabei die Mittel zum Aufteilen des Ringraumes, sowie die Mittel zum Aufteilen des Hohlraumes derart angeordnet, daß je ein Abschnitt des Ringraumes einer Anzahl von Sektionen des Hohlraumes zugeordnet ist, wodurch Gas über den jeweiligen Abschnitt der(den) damit korrespondierenden Sektion(en) zufuhrbar ist.
Besonders bevorzugt ist es dabei, daß die Anzahl der Mittel zum Aufteilen des Ringraumes gleich groß wie die Anzahl der Mittel zum Aufteilen des Hohlraumes ist und ein Abschnitt jeweils einer Sektion zugeordnet ist.
Durch die Unterteilung des Ringraumes und des Hohlraumes durch geeignete Mittel, etwa Feuerfestmaterial, Bleche, etc., entstehen abgeschlossene Bereiche, welche individuell und gezielt mit Gasmengen beaufschlagt werden können. Beispielsweise ist es möglich, trotz lokal unterschiedlicher Schüttungspermeabilität die gleiche Gasmenge in jeden Bereich der Schüttung einzubringen. Ebenso ist es aber auch möglich, falls dies die Prozessfunrung erfordert, bewusst unterschiedliche Gasmengen pro Bereich in die Schüttung einzubringen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schachtofens ist der vertikale Querschnitt jeweils eines Abschnitts des Ringraumes vom Ort der Gaszuführung zu den jeweiligen Abschnittsenden in Umfangrichtung verjüngend ausgeführt.
Dies hat zur Folge, daß die Geschwindigkeit des staubbeladenen Gases vom Ort der Gaszuführung bis hin zum jeweiligen Abschnittsende nicht bzw. nicht so stark abnimmt als dies bei einem in Umfangrichtung gleichleibenden Querschnitt des Ringraumes der Fall wäre. Dadurch bleibt die Gasgeschwindigkeit an allen Orten des Ringraumes ausreichend hoch, um Staubablagerungen im Ringraum zu vermeiden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist einer Anzahl von Gaszuführungskanälen jeweils eine von außerhalb des Schachtofens bedienbare Reinigungsvorrichtung zugeordnet, mittels welcher Anbackungen aus den
Gaszufuhrungskanälen bzw. dem den Gaszufuhrungskanälen in Gasströmungsrichtung vorgeordneten Ringraum abreinigbar ist.
Prozeßstörungen können weiterhin zμ Ablagerungen/Anbackungen im Ringraum bzw. den Gaszuführungskanälen fuhren. Mittels der Reinigungsvorrichtung(en) kann eine Abreinigung dieser Ablagerungen erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es, daß der durch die Durchmessererweiterung gebildete Hohlraum ein ausreichend großes Volumen für die Aufnahme des losgelösten Materials bietet, während dies ansonsten lediglich zu einer Verstopfung der Gaszuführungskanäle fuhren würde. Es wird somit ein aufwendiges Schachtentleeren bzw. eine Materialentnahme nach außen vermieden.
Im einfachsten Fall ist jeweils eine Reinigungsvorrichtung zweckmäßigerweise als Stochervorrichtung ausgebildet, wobei die Stochervorrichtung die äußere Wand des Ringraumes im wesentlichen in der Verlängerung jeweils eines Gaszuführungskanals durchsetzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform bildet die Durchmessererweiterung eine kegelstumpfförmige Mantelfläche, deren Erzeugende mit der Waagrechten einen Winkel einschließt, welcher kleiner ist, als der Schüttwinkel des im Schachtofen befindlichen Gutes.
Dadurch bildet sich ein von der kegelstumpfförmigen Mantelfläche, einem Teil der senkrechten inneren Wand des Schachtofens und von der Schüttung begrenzter, ringförmiger Hohlraum aus, in welchem sich das durch die Gaseintrittsöffnungen zugeführte Gas gleichförmig verteilen kann. Unter Schüttwinkel ist dabei der natürliche Schüttwinkel zu verstehen, den die Erzeugende der Mantelfläche eines Schüttkegels mit der Waagrechten einschließt.
Bevorzugterweise beträgt der Winkel, den die Erzeugende der Mantelfläche mit der Waagrechten einschließt, 0 bis 25°, wobei sich die Durchmessererweiterung von oben nach unten erweitert. Der Schüttwinkel von stückigem Eisenschwamm, Erzpellets oder stückigem Erz beträgt etwa 35 bis 40°. Der Unterschied dieser beiden Winkel ist also ausreichend groß, um einen Ringraum entstehen zu lassen, in dem sich das Reduktionsgas optimal verteilen kann. Besonders bevorzugt beträgt der Winkel, den die Erzeugende der Mantelfläche mit der
Waagrechten einschließt, 0°. Bei dieser Ausführung ist der Abstand zwischen Schüttung und
Mantelfläche, bzw. den in der Mantelfläche angeordneten Gaseintrittsöffnungen so groß, daß die Gefahr, daß staubförmiges oder stückiges Material aus der Schüttung in einen der
Gaszufülvrungskanäle gelangen kann, minimiert ist.
Das Gaszufuhrungssystem weist auch eine hervorragende mechanische Stabilität auf, da die Abmessungen der Gaszufuhrungskanäle, welche die Wand des Schachtofens durchsetzen, so gering gehalten werden können, daß die Gaseintrittsöffnungen, bzw. das von den Gaszuführungskanäle und dem die Gaszufuhrungskanäle umgebenden Feuerfestmaterial gebildete Gaszuführungssystem den aus der Schüttung wirkenden Seitenkräften standhalten kann.
Das Gaszuführungssystem ist auch auf einfache Weise aus herkömmlichem Feuerfestmaterial, beispielsweise Schamotteziegeln, herstellbar, da jeder Teil des Gaszufuhrungssystem durch darunterliegende Teile unterstützt wird. Es sind keine Einrichtungen, wie beispielsweise eine Ringschürze vorgesehen, die nur über einen oberen Rand mit der Wand des Schachtofens verbunden wären.
Einer vorteilhaften Ausgestaltung zufolge weisen die Gaszuführungskanäle einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf und sind von unten nach oben hin verjüngend ausgeführt, wobei die inneren Kanten der Gaszufuhrungskanäle abgerundet sind. Dadurch ist sichergestellt, daß Gaszufuhrungskanäle, in welchen trotz des im Inneren des Schachtofens gebildeten materialfreien ringförmigen Hohlraums ein Materialstau auftritt, sich von selbst, d.h. mit der Abwärtsbewegung des Gutes im Schachtofen wieder reinigen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Übergang zwischen dem Ringraum, welcher den Schachtofen außen ringförmig umgibt, und den Gaszufuhrungskanälen schräg nach unten abfallend ausgeführt. Infolgedessen kann sich staubförmiges Material aus dem Reduktionsgas nicht im Ringraum ansammeln und auch Material aus der Schüttung, das aufgrund prozeßbedingter Störungen in den Ringraum gelangt, kann dort nicht liegenbleiben. Vielmehr wird solches Material aufgrund der Schwerkraft durch die sich nach unten erweiternden Gaseintrittsöffnungen wieder in den Schachtofen zurückgeführt. Im folgenden wird der erfindungsgemäße Schachtofen durch die Zeichnungen Fig.l bis Fig.5 näher erläutert.
Fig. 1: Gesamtdarstellung des Schachtofens
Fig. 2: Durchmessererweiterung des Schachtofens mit Gaszuführungskanal und
Ringraum
Fig. 3: Schnitt A-A aus Fig. 1
Fig. 4: Schnitt B-B aus Fig. 2
Fig. 5: Schnitt C-C aus Fig. 2
Fig. 1 zeigt den erfϊndungsgemäßen Schachtofen 1 mit einer Schüttung aus stückigem Gut 2, welches dem Schachtofen 1 von oben aufgebbar ist (Aufgabevorrichtung nicht dargestellt). Im Bereich des unteren Drittels des Schachtofens 1 ist eine Vielzahl von Gaseintrittsöffnungen 3 in einer Ebene angeordnet. Durch diese Gaseintrittsöffnungen 3 wird ein Reduktionsgas in die Schüttung 2 eingeblasen. Über dem Boden des Schachtofen 1 sind Förderschnecken 4 angeordnet, durch welche das stückige Gut aus dem Schachtofen 1 ausgetragen wird.
In Fig. 2 ist eine der Gaseintrittsöffnungen 3 mit dem den Schachtofen 1 außen umgebenden Ringraum 5 und einem der Gaszufuhrungskanäle 6, welche die Gaseintrittsöffnungen mit dem Ringraum 5 verbinden, dargestellt. Die Durchmessererweiterung 7 der Schachtkontur ist als waagrechter Rücksprung im Mantel des Schachtofens 1 ausgeführt, so daß zwischen Gaseintrittsöffnungen 3 und Schüttung 2 ein ringförmiger Hohlraum 8 ausgebildet ist. In diesem Hohlraum 8 kann sich das durch die Gaszuführungskanäle 6 und die Gaseintrittsöffnungen 3 zugeführte Reduktionsgas optimal verteilen. In Fig. 2 sind weiters ein Mittel 11 zum Aufteilen des Hohlraums, sowie ein Mittel 12 zum Aufteilen des Ringraumes 5, hier jeweils als senkrecht angeordnetes Blech ausgebildet, strichliert dargestellt. Den äußeren Mantel des Ringraumes 5 durchsetzt eine Reinigungsöffnung 13 in der Weise, daß die Zentralachse der Reinigungsöffnung 13 mit der Zentralachse des Gaszuführungskanals 6 zusammenfällt. Die Reinigungsöffnung 13 ist außen dichtend verschließbar ausgeführt. Wenn dies erforderlich ist, können beispielsweise mittels einer Stange 14 (gerade oder gebogen) der Gaszufuhrungskanal 6 und ein Teil des Ringraumes 5 von Ablagerungen abgereinigt werden.
Fig. 3 stellt einen Schnitt durch A-A der Fig. 1 dar, wobei die Betrachtungsrichtung senkrecht von unten in Richtung eines der Gaszuführungskanäle 6 gewählt ist. Die inneren Kanten 9 der Gaszuführungskanäle 6 sind abgerundet und die Gaszuführungskanäle 6 sind nach oben verjüngend ausgeführt. Dadurch wird gewährleistet, daß sich staubförmiges Material aus dem
Reduktionsgas nicht in den Gaszuführungskanälen 6 ablagert, bzw. daß sich die
Gaszufiührungskanäle 6 im Falle eines Materialstaus mit der Abwärtsbewegung des stückigen
Gutes wieder von selbst reinigen.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch B-B der Fig. 2, vom Schachtinneren her betrachtet. Die Gaszuführungskanäle 6 erweitern sich von oben nach unten und die Übergänge 10 von dem Ringraum 5 zu den Gaszufuhrungskanälen 6 sind nach unten hin schräg abfallend ausgeführt. Auch dies soll sicherstellen, daß staubförmiges Material aus dem Reduktionsgas sich nicht in dem Ringraum 5 ablagert, sondern zusammen mit dem Reduktionsgas in den Schachtofen 1 eingetragen wird.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch C-C der Fig. 2, wobei der Ringraum 5 mit - in Umfangrichtung vom Ort der Gaszuführung 15 zu den Abschnittsenden 12 - abnehmendem Querschnitt dargestellt ist.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das in den Zeichnungen Fig. 1 bis Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern umfaßt auch alle dem Fachmann bekannten Mittel, die zur Ausführung der Erfindung herangezogen werden können.
Beispielsweise sind die Bleche oder Platten nicht auf die in Fig. 2 dargestellte Form und Größe beschränkt, sondern können, je nach materialtechnischen und prozeßbedingten Erfordernissen beispielsweise auch rechteck- oder kreissegmentähnliche Umrisse aufweisen und auch geringere Ausmaße aufweisen, so daß sie nicht so weit wie in Fig. 2 dargestellt in die Schüttung hineinragen.
Der Ringraum kann, wie in den Ausführungsbeispielen dargestellt, mit dem Schacht baulich verbunden sein, es ist aber auch möglich, daß der Ringraum von einer Ringrohrleitung gebildet wird, die den Schacht - zu diesem beabstandet - konzentrisch umgibt. Die Verbindung zwischen Ringrohrleitung und den Gaszufuhrungskanälen erfolgt dann über nach unten geneigte, sich erweiternde Stichleitungen. Dies bringt weitere Vorteile bei der konstruktiven Ausführung des Reduktionsschachtes, insbesondere der Feuerfestkonstruktion, sowie verbesserte Zugängigkeit des Ringraumes zum Zwecke der Reinigung. Es ist weiters möglich, daß die Querschnittsverringerung der Abschnitte des Ringraumes nicht nur - wie in Fig. 5 dargestellt - als Verringerung des horizontalen Durchmessers ausgeführt ist, sondern - alternativ oder zusätzlich dazu - als Verringerung des vertikalen Durchmessers des Ringraumes oder - im Falle einer Ringrohrleitung - als konische Einschnürung.

Claims

Patentansprüche
1. Schachtofen (1), insbesondere Direktreduktionsschachtofen, mit einer Schüttung aus stückigem Gut (2), insbesondere Eisenoxid und/oder Eisenschwamm enthaltendem stückigem Gut, welches von oben in den Schachtofen (1) aufgebbar ist und mit in einer Ebene angeordneten Vielzahl von Gaseintrittsöffnungen (3) für ein Reduktionsgas im Bereich des unteren Drittels des Schachtofens (1), wobei der Schachtofen (1) außen von einem Ringraum (5) umgeben ist, welcher nach unten durch Gaszufülvrungskanäle (6) mit den Gaseintrittsöffnungen (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Gaseintrittsöffnungen (3) die Schachtkontur eine Durchmessererweiterung (7) aufweist und die Wand des Schachtofens (1) in einer Weise ausgebildet ist, daß zwischen den im Bereich dieser Durchmessererweiterung (7) angeordneten Gaseintrittsöffnungen (3) und der Schüttung (2) ein ringförmiger Hohlraum (8) ausgebildet ist.
2. Schachtofen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Durchmessererweiterung (7) eine Anzahl von Mitteln (11) - zum Aufteilen des Hohlraums (8) in voneinander getrennte Sektionen - angeordnet und an bzw. in der Wand des Schachtofens befestigt ist.
3. Schachtofen (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß 2 bis 16, bevorzugterweise 4 bis 8 Mittel (1 1) zum Aufteilen des Hohlraums (8) im wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet im Bereich der Durchmessererweiterung (7) angeordnet sind.
4. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (11) zum Aufteilen des Hohlraums (8) von senkrecht angeordneten Blechen und/oder Platten gebildet werden.
5. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Mitteln (11) zum Aufteilen des Hohlraumes (8) weitere Mittel (12) - zum Aufteilen des Ringraumes (5) in voneinander getrennte Abschnitte - im Ringraum (5) angeordnet sind, wobei jedem der voneinander getrennten Abschnitte jeweils unabhängig voneinander von außerhalb des Schachtofens (1) Gas zuführbar ist (15).
6. Schachtofen (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (12) zum
Aufteilen des Ringraumes (5), sowie die Mittel (11) zum Aufteilen des Hohlraumes (8) derart angeordnet sind, daß je ein Abschnitt des Ringraumes (5) einer Anzahl von Sektionen des Hohlraumes (8) zugeordnet ist, wodurch Gas über den jeweiligen Abschnitt der(den) damit korrespondierenden Sektion(en) zuführbar ist.
7. Schachtofen (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Mittel (12) zum Aufteilen des Ringraumes (5) gleich groß wie die Anzahl der Mittel (11) zum Aufteilen des Hohlraumes (8) ist und ein Abschnitt jeweils einer Sektion zugeordnet ist.
8. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikale Querschnitt jeweils eines Abschnitts des Ringraumes (5) vom Ort der Gaszuführung (15) zu den jeweiligen Abschnittsenden (12) in Umfangrichtung verjüngend ausgeführt ist.
9. Schachtofen (1) nach einem der Anspüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß einer Anzahl von Gaszufulrrungskanälen (6) jeweils eine von außerhalb des Schachtofens (1) bedienbare Reinigungsvorrichtung (13,14) zugeordnet ist, mittels welcher Anbackungen aus den Gaszuführungskanälen (6) bzw. dem den Gaszufuhrungskanälen (6) in Gasströmungsrichtung vorgeordneten Ringraum (5) abreinigbar ist.
10. Schachtofen (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Reinigungsvorrichtung (13,14) als Stochervorrichtung ausgebildet ist, wobei die Stochervorrichtung die äußere Wand des Ringraumes (5) im wesentlichen in der Verlängerung jeweils eines Gaszuführungskanals (6) durchsetzt.
11. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmessererweiterung (7) eine kegelstumpfförmige Mantelfläche bildet, deren Erzeugende mit der Waagrechten einen Winkel einschließt, welcher kleiner ist, als der Schüttwinkel des im Schachtofen befindlichen Gutes.
12. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Durchmessererweiterung (7) von oben nach unten erweitert und daß die Erzeugende der kegelstumpfförmigen Mantelfläche mit der Waagrechten einen Winkel von 0° bis 25° einschließt.
13. Schachtofen (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugende der kegelstumpfförmigen Mantelfläche mit der Waagrechten einen Winkel von 0° einschließt.
14. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Gaszuführungskanäle (6) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführungskanäle (6) von unten nach oben verjüngend ausgeführt sind und daß die inneren Kanten der Gaszuführungskanäle (6) abgerundet sind.
15. Schachtofen (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge (10) vom Ringraum (5), welcher den Schachtofen (1) außen umgibt, zu den Gaszuführungskanälen (6) nach unten hin schräg abfallend ausgeführt sind.
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