Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art sind durch die DE-B-1 238 941 bekannt geworden.
Um die zum Einschmelzen des Eisenschwamms erforderliche hohe Temperatur zu erzeugen, wird beim bekannten Verfahren in einer Schmelzzone ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff mit einem sauerstoffhaltigen Gas so verbrannt, dass eine oxidierende Atmosphäre ensteht, die die für den Schmelzprozess erforderliche Temperatur - es ist ein Temperaturbereich von 1600 bis 1925°C angegeben - gewährleistet. Das in der Schmelzzone erzeugte Gas wird in einer von der Schmelzzone getrennten Vergasungszone, in welcher ein Überschuss an Brennstoff mit Sauerstoff verbrannt wird, einer Anreicherungsbehandlung unterworfen. Der im Direktreduktionsschachtofen erzeugte Eisenschwamm wird durch einen Schneckenförderer im heissen Zustand auf direktem Weg über eine Verbindungsleitung in die Schmelzzone befördert und dort geschmolzen.
Bei dem bekannten Verfahren ist es erforderlich, einen unmittelbaren Gasstrom von der Schmelzzone über die Verbindungsleitung zum Direktreduktionsschachtofen in diesen zu verhindern, da die heissen oxidierenden Gase einer Temperatur zwischen 1600 und 1925°C binnen kurzer Zeit eine Clusterbildung im Bereich der Austragvorrichtung und im unteren Bereich des Direktreduktionsschachtofens zur Folge hätten und damit der Verfahrensablauf gestört werden würde. Es muss deshalb durch konstruktive oder verfahrenstechnische Massnahmen dafür gesorgt werden, dass das oxidierende Gas aus der Schmelzzone nicht in den Direktreduktionsschachtofen gelangen kann. Durch die DE-A1-2 843 303 ist ein Verfahren bekannt geworden, bei dem die aus einem Direktreduktionsschachtofen ausgetragenen Eisenschwammpartikel im heissen Zustand einem Einschmelzvergaser an einer Stelle zugeführt werden, an der Reduktionsgas einer Temperatur von etwa 1200 bis 1400°C vorhanden ist, das mit einem hohen Staubanteil beladen ist. Um zu verhindern, dass über die Zufuhreinrichtung für die Eisenschwammpartikel staubbeladenes heisses Reduktionsgas aus dem Einschmelzvergaser in den Direktreduktionsschachtofen gelangt, werden die heissen Eisenschwammpartikel mittels einer als Absperrorgan ausgebildeten Schleuse vom Direktreduktionsschachtofen in den Einschmelzvergaser gefördert.
Derartige Schleusen haben sich wegen der hohen Temperaturen und wegen der Beschaffenheit des Schüttgutes als störanfällig erwiesen. Es kommt vor, dass sich an den Schliessstellen der Absperrorgane Material festsetzt und damit kein gasdichter Abschluss mehr gewährleistet ist. Die heissen aufsteigenden Gase, die das Schüttgut über ihren Erweichungspunkt erwärmen, führen dann bald zu weiteren Schwierigkeiten infolge eines Zusammenbakkens der Eisenschwammpartikel.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung der einleitend genannten Art einen auf Dauer betriebssicheren, kontinuierlichen Transport von auf knapp unterhalb der Erweichungstemperatur erhitzten Eisenschwammpartikeln aus dem Direktreduktionsschachtofen in den Einschmelzvergaser zu ermöglichen.
Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren der genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind den Ansprüchen 2 bis 7 zu entnehmen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist durch die Merkmale des Anspruchs 8 gekennzeichnet, vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind den restlichen Ansprüchen zu entnehmen.
Bei der erfindungsgemässen Lösung wird auf die Schleusen verzichtet, die das über 1200°C heisse und verschmutzte Reduktionsgas aus dem Einschmelzvergaser daran hindern, über die Austragöffnung in den Reduktionsschachtofen zu gelangen. Es hat sich gezeigt, dass ohne Schwierigkeiten ein kleiner Teil des im Einschmelzvergaser erzeugten Reduktionsgases im Gegenstrom zu den Eisenschwammpartikeln-in das Reduktionsaggregat eingeleitet werden kann, wenn dieses Gas vor der Austragvorrichtung auf Temperaturen unterhalb der Erweichungstemperatur des geförderten Eisenschwammes abgekühlt wird. Beim Abkühlprozess erscheint es wesentlich, dass dieser die Güte des Reduktionsgases nicht verringert. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, ausreichend, in der Regel auf unterhalb 100°C, abgekühltes und gereinigtes Reduktionsgas beizumischen. Ein wesentlicher Anteil des mitgeführten Staubs setzt sich im Bereich der Austrittsseite der Austragvorrichtung ab und wird durch die Austragvorrichtung zusammen mit den Eisenschwammpartikeln ausgetragen. Damit der Anteil des über die Austragvorrichtung direkt einströmenden ungereinigten Reduktionsgases im Verhältnis zu dem in die Reduktionszone eingeblasenen, gereinigten und auf Prozesstemperatur abgekühlten Gas klein gehalten wird, muss der Strömungswiderstand im Strömungsweg des ungereinigten Reduktionsgases wesentlich höher als im Strömungsweg des gereinigten und auf Prozesstemperatur abgekühlten Reduktionsgases sein. Der Strömungswiderstand wird für den erstgenannten Strömungsweg in erster Linie durch die Austragvorrichtung und die Schüttsäule bis zu den Einblasdüsen für das gereinigte und gekühlte Reduktionsgas bestimmt. Es sollte deshalb eine Austragvorrichtung zur Anwendung kommen, die einen verhältnismässig hohen Strömungswiderstand aufweist, während der Strömungswiderstand im Hauptströmungsweg des Reduktionsgases durch geeignete Auswahl von Entstaubungs- und Kühlvorrichtungen möglichst klein gehalten werden soll. Als Austragvorrichtung haben sich Schneckenförderer, deren Förderteil als Paddelschnecke ausgebildet ist und deren Austrittsöffnung jeweils unmittelbar in ein mit dem Eisenschmelzvergaser verbundenes Fallrohr mündet, als besonders geeignet erwiesen. Die Schneckenförderer bedingen einen verhältnismässig hohen Druckverlust und bilden zugleich ein gutes Staubfilter, das sich durch den ständigen Austrag der aufgefangenen Staubteilchen zusammen mit den Eisenschwammpartikeln «selbst reinigt».
Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand von zwei Figuren näher erläutert. Es zeigen
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung zur direkten Erzeugung von flüssigem Roheisen aus stückigem Eisenerz enthält einen Einschmelzvergaser 1 der in der DE-OS 2 843 303 beschriebenen Art. Oberhalb des Einschmelzvergasers ist ein in einer nicht dargestellten Stahlkontruktion aufgehängter Direktreduktionsschachtofen 2 angeordnet, der im Prinzip beispielsweise in der DE-OS 2 935 707 beschrieben ist. Dem Direktreduktionsschachtofen wird über einen gasdichten Doppelglockenverschluss 3 stückiges Eisenerz zugeführt, das in Form einer losen Schüttung im Schachtofen absinkt und mittels eines über einen mittleren Gaseinlass 4 eingeblasenen heissen Reduktionsgases einer Temperatur zwischen 760 und 850°C zu Eisenschwamm reduziert wird. Das verbrauchte Reduktionsgas verlässt den Schachtofen 2 über einen oberen Gasauslass 5 und kann in bekannter Weise in den Reduktionsgaskreislauf zurückgeführt oder anderweitig ausgenutzt werden.
Der durch Reduktion des stückigen Eisenerzes erhaltene heisse Eisenschwamm wird mit einer Temperatur von etwa 750° bis 800°C unten aus dem Direktreduktionsschachtofen 2 ausgetragen und kontinuierlich von oben in den Einschmelzvergaser chargiert. Im Einschmelzvergaser wird aus über Öffnungen 6 eingebrachter Kohle und durch zwölf radial angeordnete Düsen 7 eingeblasenem sauerstoffhaltigem Gas, insbesondere Sauerstoff und Luft, ein Kohlefliessbett 8 gebildet, in dem auch grössere Eisenschwammpartikel merklich abgebremst und bis zum Eintritt in eine Hochtemperaturzone im unteren Abschnitt des Kohlefliessbettes um einen wesentlichen Betrag in ihrer Temperatur erhöht und schliesslich aufgeschmolzen werden.
Oberhalb des Kohlefliessbettes 8 schliesst sich ein Beruhigungsraum an, in den radiale Düsen 9 münden, durch die zur Kühlung des im Einschmelzvergaser erzeugten heissen Reduktionsgases Wasserdampf, Kohlenwasserstoffe oder ein beispielsweise auf 50°C herabgekühltes Reduktionsgas eingeblasen werden. Das im Einschmelzvergaser erzeugte Reduktionsgas verlässt den Einschmelzvergaser oberhalb des Beruhigungsraumes durch zwei Gasauslässe 10 mit einer Temperatur zwischen 1200 und 1400°C und einem Druck von etwa 2 bar. Es gelangt dann zu einer Mischstelle 11, in der es mit Kühlgas ausreichend niedriger Temperatur auf die für die Direktreduktion notwendige Temperatur, in der Regel von 760 bis 850°C, gebracht wird. Die Mischstelle ist strömungstechnisch so ausgebildet, dass ein Teil der kinetischen Energie des Kühlgases nach Durchmischung mit dem heissen vom Einschmelzvergaser gelieferten Reduktionsgas als Druck wiedergewonnen wird und damit der Druckverlust im Heissgasweg möglichst gering gehalten wird. Von der Mischstelle gelangt das Gas zu einem Zyklonabscheider 12, in dem der mit dem Gasstrom mitgerissene Koksstaub und Asche weitgehend abgeschieden werden. Sodann wird der auf die vorgeschriebene Prozesstemperatur abgekühlte und gereinigte Heissgasstrom geteilt, und zwar werden etwa 60 Vol.-% hiervon als erster Teilgasstrom 13 durch den Gaseinlass 4 in die Reduktionszone des Direktreduktionsschachtofens 2 eingeblasen, während der andere Teil zur Kühlgasgewinnung einem Einspritzkühler 14 und dann einem Waschturm 15 zugeführt wird. Das hier austretende Kühlgas wird durch einen Kompressor 16 komprimiert und mit einer Temperatur von etwa 50°C zur Temperaturregelung des aus dem Einschmelzvergaser austretenden heissen Reduktionsgases der Mischstelle 11, zur Temperaturregelung des Reduktionsgases im Einschmelzvergaser den Düsen 9 und ferner, wie später beschrieben, einer Ringleitung 22 zugeführt.
Für den Heissaustrag der Eisenschwammpartikel aus dem Direktreduktionsschachtofen 2 sind symmetrisch zur Mittelachse des Ofens radial sechs Schneckenförderer 17 angeordnet, die als Paddelschnecken ausgebildet und einseitig gelagert sind. Die Austrittsöffnung 18 jedes Schneckenförderers steht mit einer Verbindungsleitung in Form eines Fallrohres 19 in Verbindung, die durch die Decke des Einschmelzvergasers 1 in den Beruhigungsraum dieses Vergasers mündet. Es sind demnach im vorliegenden Fall auch sechs axialsymmetrisch angeordnete Fallrohre vorgesehen. Möglichst nahe am Eintritt in den Einschmelzvergaser mündet in jedes Fallrohr eine Düse 21 aus einer Ringleitung 22, der vom Kompressor 16 ein als dritter Teilgasstrom 23 bezeichneter Strom des auf 50°C abgekühlten und gereinigten vom Einschmelzvergaser gelieferten Reduktionsgase zugeführt wird.
Während bei bekannten Verfahren und Anlagen durch aufwendige Massnahmen verhindert wird, dass das ungereinigte und zu heisse Reduktionsgas ohne Aufbereitung in den Direktreduktionsschachtofen gelangen kann, wird bei dem vorliegenden Verfahren ein begrenzter Gasstrom unmittelbar vom Einschmelzvergaser über die Austragvorrichtung 17 für den heissen Eisenschwamm im Gegenstrom zu diesem zugelassen. Der gesamte, direkt aus dem Einschmelzvergaser in die Fallrohre strömende Gasstrom aus ungereinigtem Reduktionsgas ist als zweiter Teilgasstrom 24 bezeichnet. Die Temperatur des in die Fallrohre 19 einströmenden zweiten Teilgasstromes 24 wird mittels des über die Düsen 21 in geregelterMenge eingeleiteten Kühlgases auf eineTemperatur zwischen 760 und 850°C abgekühlt, bevor die Gasströme über die Schneckenförderer 17 in den Reduktionsschachtofen gelangen. Das Kühlgas wird so zugeführt, dass eine besonders gute Verwirbelung mit dem aufsteigenden Rohgas eintritt. Der beim Eintritt in den Schneckenförderer 17 im aufsteigenden Gasstrom enthaltene Staub setzt sich im wesentlichen im Bereich des Schneckenförderers ab und wird sukzessive zusammen mit den Eisen schwammpartikeln wieder in das betreffende Fallrohr und in den Einschmelzvergaser zurück befördert.
Wesentlich ist eine Begrenzung des zweiten Teilgasstromes 24, d.h. also der über die sechs Fallrohre 19 unmittelbar vom Einschmelzvergaser nach oben strömenden Rohgasmenge auf einen Anteil von maximal 30 Vol.-% der gesamten in den Direktreduktionsschachtofen eingeleiteten Reduktionsgasmenge. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, dass der Strömungswiderstand für den zweiten Teilgasstrom 24 im Strömungsweg bis zur Reduktionszone im Direktreduktionsschachtofen, d.h. also bis zur Ebene des Gaseinlasses 4, grösser ist als der Strömungswiderstand für den ersten Teilgasstrom 13 im Strömungsweg vom Gasauslass 10 bis zum Gaseinlass 4. Dieser Forderung kommt die Ausbildung der Austragvorrichtung 17 als Schneckenförderer, deren Förderteil als Paddelschnecke ausgebildet ist, entgegen. Im übrigen werden der Strömungswiderstand und damit die Druckverluste im Strömungsweg des ersten Teilgasstromes 13 bewusst klein gehalten.
Durch die erfindungsgemässe Ausbildung des Verfahrens und der Vorrichtung wird ein unmittelbarer kontinuierlicher Transport der heissen Eisenschwammpartikel aus dem Direktreduktionsschachtofen 2 in den Einschmelzvergaser 1 ermöglicht, ohne dass Schleusen oder andere aufwendige Einrichtungen zur Abdichtung gegenüber dem heissen Reduktionsgas erforderlich sind, die bei der hohen Temperatur und der Art des zu fördernden Materials nur unter Schwierigkeiten mit der erforderlichen Betriebssicherheit realisierbar sind.
In Fig. 2 ist teilweise im Längsschnitt einer der sechs Schneckenförderer 17 dargestellt. Der Schneckenförderer ist an einem mit dem Mantel des Direktreduktionsschachtofens verschweissten Stutzen 31 angeflanscht. Im Stutzen 31 befindet sich an der Austrittsseite 18 des Förderers ein Austrittsstutzen 32 zum Anflanschen eines Fallrohres 19 (siehe auch Fig. 1). Als Verschleissschutz für das Mauerwerk umhüllt den Förderteil ein Hüllrohr 33, das ebenfalls am Stutzen 31 angeflanscht ist.
Der Schneckenförderer 17 enthält einen in den Ofen hineinragenden Förderteil 36 sowie einen am Stutzen 31 angeflanschten aus dem Ofen herausragenden Lagerteil 34 und einen Antriebsteil 44.
Der Förderteil 36 hat die Form eines durch Paddeln 37 gebildeten unterbrochenen Schneckengangs, wobei sich die gestrichelt eingezeichnete Umhüllende 38 der Paddelschnecke zum freien Ende der Welle 35 hin konisch verjüngt. Dieses freie Ende reicht bis nahezu in die Mitte des Schachtofens und gewährleistet durch die konische Verjügung der Umhüllenden eine gleichmässige Entnahme des Schüttgutes aus der Schüttsäule.
Die Welle 35 ist wassergekühlt und für diesen Zweck hohl ausgebildet mit einem Innenrohr 39, das kurz vor dem freien Ende der Welle 35 endet und in das das Kühlwasser eingeführt wird, welches sodann am freien Ende umgeleitet wird und im Ringspalt zwischen dem zentralen Rohr 39 und der Innenwand der Welle 35 zurückströmt.
Der Antrieb 44 ist wie folgt aufgebaut.
Zum Drehen der Welle 35 dient ein Klinkenschaltwerk 45 mit einem Rad 40, in dessen Zähne eine Klinke 41 eingreift, die drehbar an einem Hebel 42 befestigt ist, der wiederum drehbar auf der Welle 35 sitzt und mittels eines hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Kolben 43 um eine vorgegebene Winkelbewegung hin und her geschwenkt werden kann. Hierbei wird durch die Klinke 41 das Rad 40 jeweils um einen der Zahnteilung oder einem Vielfachen der Zahnteilung entsprechenden Betrag weitergedreht.
Bei grösseren Durchmessern des Direktreduktionsschachtofens kann es erforderlich sein, die Welle des Schneckenförderers durch den Ofen zu führen und beidseitig in der Wand des Ofengefässes zu lagern. In diesem Fall ist es zweckmässig, die Schneckengänge vom Zentrum aus gegenläufig, d.h. zum Umfang fördernd, anzuordnen.