Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei der durch die EP-A-1-0094 707 bekanntgewordenen Anordnung dieser Art wird das Reduktionsgas in einem Schmelzgefäß erzeugt, in dem mittels Lanzen Sauerstoff und pulverisierte Kohle auf ein flüssiges Eisenbad geblasen werden, das als Reaktionsmedium dient und das Verhältnis von CO und CO2 im erzeugten Gas beeinflußt. Das erzeugte Reduktionsgas wird über einen Verbindungsschacht, in dem es durch ein eingeblasenes Kühlmittel auf die erforderliche Reduktionsgastemperatur gekühlt wird, direkt in einen oberhalb des Schmelzgefäßes angeordneten Direktreduktionsschachtofen eingeleitet. Dieser enthält einen Boden in Form eines umgekehrten Kegels, durch den die Schüttsäule im Schachtofen abstützbar ist. Die Wand des Schachtofens ist unter Bildung eines Ringspaltes oberhalb des Bodens nach außen geführt. Durch Drehung eines im Zentrum des Bodens angebrachten spiralförmigen Schiebers läßt sich jeweils die unterste Schicht der Eisenschwammpartikel über den Ringspalt in den Verbindungsschacht zum Schmelzgefäß befördern. Gleichzeitig gelangt das aufsteigende Reduktionsgas über diesen Ringspalt in den Direktreduktionsschachtofen.
Die bekannte Anordnung setzt voraus, daß der Staubanteil des über den Verbindungsschacht in den Direktreduktionsschachtofen eingeleiteten Reduktionsgases gering ist. Ein. Reduktionsgas mit hohem Staubanteil, beispielsweise ein Gas, wie es in einem Wirbelschichtvergaser oder in dem in der DE-PS 28 43 303 beschriebenen Einschmelzvergaser gewonnen wird, hätte in Kürze eine Zusetzung der Zwischenräume der Schüttsäule im unteren Bereich durch den mitgeführten Staub zur Folge. Bei einem stark staubbeladenen Gas mußte daher die dem Direktreduktionsschachtofen direkt über dessen Austragsöffnungen für den Eisenschwamm zugeführte Reduktionsgasmenge auf etwa 30 % der insgesamt für den Reduktionsprozeß erforderlichen Menge begrenzt werden (DE-PS 30 34 539).
Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Anordnung der im Gattungsbegriff des Anspruches 1 genannten Art so auszubilden, daß auch ein mit einem größeren Staubanteil beladenes Gas in der für die Direktreduktion benötigten Menge direkt aus dem Vergaser dem Direktreduktionsschachtofen zugeführt werden kann, ohne daß es zu einem Zusetzen der Zwischenräume der Schüttsäule durch den mitgeführten Staub und als Folge hiervon zu einer ungleichmäßigen Gasverteilung im Direktreduktionsschachtofen und zu Betriebsstörungen kommt.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den
Unteransprüchen zu entnehmen.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden der Eintrittsquerschnitt des Gases in die Schütsäule vergrößert und damit die Gasgeschwindigkeit und die Eindringtiefe der Staubpartikel verkleinert. Durch die ständige verstärkte Bewegung der Eisenschwammpartikel wird die erforderliche Gasdurchlässigkeit besonders im Eindringbereich des Reduktionsgases in die Schüttung gewährleistet.
Bei der beanspruchten Vorrichtung wird im unteren Bereich der Schüttsäule eine Ringzone geschaffen, in der durch eine hierfür besonders geeignete mechanische Vorrichtung die Eisenschwammpartikel in Bewegung gehalten werden und zugleich ihre Absinkgeschwindigkeit vergrößert ist. Diese Zone erstreckt sich vom Fuß der Schüttsäule über einen größeren Bereich der Schüttung und schafft so die Möglichkeit, den Einlaßquerschnitt für das Reduktionsgas in die Schüttung zu vergrößern und damit bei vorgegebenem Durchsatz die Strömungsgeschwindigkeit des in die Schüttung eingeleiteten Gases und als Folge hiervon die Eindringtiefe der Staubpartikel herabzusetzen. Die Eisenschwammpartikel werden bei Verwendung von in der Schüttung liegenden, radial angeordneten Förderschnecken kontinuierlich und gleichmäßig über den Umfang verteilt aus der Ringzone abgezogen und dem Einschmelzvergaser zugeführt oder nach außen geleitet. Vorzugsweise erfolgt der Austrag der Eisenschwammpartikel aus dem Direktreduktionsschachtofen sowohl nach außen über einen Ringspalt oder über Fallrohre als auch nach innen durch eine zentrale Öffnung im Boden des Direktreduktionsschachtofens. Durch in beiden Drehrichtungen antreibbare Förderschnecken kann die Förderung nach außen oder nach innen beliebig gesteuert werden. Es können beispielsweise in vorgegebenen Zeitabschnitten abwechselnd sämtliche Förderschnecken nach außen und dann wieder nach innen fördern, oder es kann auch eine sektorförmig unterschiedliche Förderung vorgesehen werden mit dem Ziel, in der Ringzone sämtliche Eisenschwammpartikel in Bewegung zu halten und ein örtliches Zusetzen durch den mit dem Reduktionsgas mitgeführten Staub zu vermeiden.
Die Erfindung wird durch zwei Ausführungsbeispiele anhand von fünf Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
Fig. 1 stellt in einem Längsschnitt den oberen Teil eines Vergasers 1 und den unteren Teil eines darüber angeordneten Direktreduktionsschachtofens 2 dar. Der Direktreduktionsschachtofen enthält einen aus einer Stützkonstruktion 3 und einer Tischplatte 4 gebildeten Boden, durch den die Schüttsäule 5 im Schachtofen abstützbar ist. Die Schüttsäule besteht im oberen Teil aus von oben in den Direktreduktionsschachtofen chargiertem stückigem Eisenerz oder aus Eisenoxidpellets und im unteren Teil aus den hieraus durch Direktreduktion gebildeten Eisenschwammpartikeln. Der Direktreduktionsschachtofen ist durch einen Verbindungsschacht 6 mit dem Vergaser 1 verbunden.
Der durch die Stützkonstruktion 3 und die Tischplatte 4 gebildete Boden enthält eine als Ringspalt 7 und eine als zentrale Öffnung 8 ausgebildete Austragöffnung für die Eisenschwammpartikel. Im Bereich der Stützkonstruktion 3 ist dieser Ringspalt an den für die Befestigung der Stützkonstruktion erforderlichen Stellen überbrückt. Beide Austragöffnungen sind gegenüber der Schüttsäule 5 abgeschirmt, nämlich durch eine Ringschütze 9 bzw. einen Kegel 10. Durch ein aus mehreren radial angeordneten Förderschnecken 11 gebildetes Förderorgan werden die Eisenschwammpartikel durcheinandergewirbelt und aus dem unteren Abschnitt der Schüttsäule 5 sowohl zu dem Ringspelt 7 als auch zu der zentralen Öffnung 8 befördert. Zu diesem Zweck sind die Förderschnecken, wie durch Doppelpfeile 12 angedeutet ist, durch individuell zugeordnete Antriebe 13 in beiden Drehrichtungen antreibbar. Die radiale Anordnung der Förderschnecken ist aus Fig. 2 ersichtlich, die den Schnitt 11-11 von Fig. 1 darstellt.
Danach sind bei dem Ausführungsbeispiel acht gleichmäßig über den Umfang verteilte Förderschnecken 11 vorgesehen.
Anstelle der Förderschnecken 11 können auch beliebige andere mechanisch wirkende Vorrichtungen zur Verwirbelung und vorzugsweise auch zum Transport der Eisenschwammpartikel verwendet werden; beispielsweise ein Rotor, ein Schubsegment oder eine andeie Mitnehmervorrichtung oder auch eine Vibrations- oder Rüttelvorrichtung.
Wie Fig. 1 zeigt, enden die Ringschürze 9, die zur Abschirmung des Ringspalts 7 dient, und der Kegeleinsatz 10, der zur Abschirmung der zentralen Öffnung 8 dient, kurz oberhalb des durch die Förderschnecken 11 gebildeten Förderorgans. Unter Bildung natürlicher Schüttwinkel unterhalb der Kanten der Abschirmorgane stützt sich die Schüttsäule 5 auf der Tischplatte 4 ab, die unter Berücksichtigung dieser Schüttwinkel bemessen sein muß. Hinter der Ringschürze 9 und oberhalb des natürlichen Schüttwinkels der Schüttung ist ein Ringraum 14 gebildet, über den Reduktionsgas in die Schüttsäule eingeleitet wird.
Im in Fig. 1 dargestellten Fall erweitert sich der Innenraum des Direktreduktionsschachtofens außerhalb des oberen Endes der Ringschürze nach unten und die Innenseite der Ringschürze fluchtet mit der Innenseite des darüberliegenden Wandabschnittes des Direktreduktionsschachtofens 2. Es könnte auch die Wand des Direktreduktionsschachtofens ohne Erweiterung im Bereich des Bodens ausgebildet werden, wenn die Ringschürze konisch nach innen geführt wird.
Vorteilhaft ist, daß der Durchtrittsquerschnitt für die Eisenschwammpartikel in dem oberhalb des Förderorgans angrenzenden Bereich zu einer Ringzone 15 geformt ist, der das heiße Reduktionsgas aus dem Vergaser 1 gleichmäßig über den Umfang verteilt zuführbar ist. Im vorliegenden Fall wird diese Ringzone 15 nur durch den Kegeleinsatz 10 gebildet und das heiße Reduktionsgas wird, wie durch Pfeile 16 und 17 angedeutet ist, durch die ringförmigen Gaseinlaßbereiche 18 und 19 gleichmäßig über den Umfang verteilt in die Schüttsäule 5 eingeleitet. Dadurch gelangt das heiße staubbeladene Reduktionsgas über einen großen Eintrittsquerschnitt in einen Bereich der Schüttsäule 5, in der die Eisenschwammpartikel durch die Förderschnecken 11 dauernd in Bewegung gehalten und mit im Vergleich zu höhergelegenen Zonen vergrößerten Durchtrittsgeschwindigkeit gefördert werden. Auf diese Weise lassen sich, wie oben bereits ausgeführt worden ist, auch bei einem stark staubbeladenen Gas die Gefahr ein örtliches Zusetzen der Zwischenräume der Schüttsäule weiter herabsetzen und eine gleichmäßige Durchgasung des Direktreduktionsschachtofens erzielen.
Dieser Effekt läßt sich begünstigen, wenn die Förderschnecken in Form eines durch Paddeln gebildeten unterbrochenen Schneckenganges ausgebildet werden, wie sie durch die DE-PS 30 34 539 bekanntgeworden sind, und wenn die Förderschnecken wie im vorliegenden Fall individuell in beiden Drehrichtungen antreibbar sind.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die über den Ringspalt 7 ausgetragenen Eisenschwammpartikel durch den Verbindungsschacht 6 dem Vergaser 1 zugeführt, der als Einschmeizvergaser ausgebildet ist, und die über die zentrale Öffnung 8 ausgetragenen Eisenschwammpartikel durch ein Austragrohr 20 über einen Stutzen 21 nach außen geleitet. Es können durch abgewandelte Konstruktionen selbstverständlich auch sämtliche Eisenschwammpartikel nach außen oder in den Vergaser 1 gefördert oder bedarfsweise beliebige Aufteilungen der Teilströme vorgenommen werden.
Zur Herabsetzung der Temperatur des im Vergaser 1 gewonnenen heißen Reduktionsgases auf die für den Direktreduktionsschachtofen erforderliche Temperatur sind bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 außerdem eine indirekte Kühlung durch einen Wärmetauscher 22 sowie eine direkte Kühlung durch Beimischen von Kühlgas über einen zentralen Kühlgasverteiler 23 vorgesehen. Das Kühlgas ist durch einen Stutzen 24 abgezogenes Reduktionsgas, das in einem Kühlgaswäscher 25 abgekühlt und dann dem Kühlgasverteiler 23 zugeführt wird.
Das im Vergaser 1 erzeugte Reduktionsgas gelangt über den Verbindungsschacht 6, in dem es auf die erforderliche Temperatur eingestellt wird, durch den Ringspalt 7 bzw. die zentrale Öffnung 8 in den Ringraum 14 bzw. den Raum unterhalb des Kegeleinsatzes 10 und von da durch die ringförmigen Gaseinlaßbereiche 18 und 19 in die Schüttsäule.
Wie Fig. 2 zeigt, können durch die über den Umfang verteilt angeordneten Förderschnecken 11 die Eisenschwammpartikel aus dem untersten Abschnitt der Schüttsäule 5 kontinuierlich nach außen zum Ringspalt 7 oder nach innen zur zentralen Öffnung 8 gefördert werden. Um hierbei tote Zonen zu vermeiden, können die Förderschnecken nach innen zur zentralen Öffnung 8 hin konisch zulaufend ausgebildet sein (nicht dargestellt), oder es können, wie strichpunktiert angedeutet ist, zwischen benachbarten Förderschnecken Keile 26 angeordnet werden, die sowohl zur zentralen Öffnung 8 hin als auch nach oben hin konvergieren.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 bis 5 sind für Teile, die denen des ersten Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 und 2 entsprechen, die gleichen Bezugszahlen verwendet. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten im wesentlichen dadurch, daß sich der über dem Vergaser angeordnete Direktreduktionsschachtofen 2 auf einem eigenen Traggerüst 31 abstützt. Der die Schüttsäule 5 abstützende Boden 32 des Direktreduktionsschachtofens weist als Austragöffnung für die Eisenschwammpartikel nur eine zentrale Öffnung 8 auf, so daß der Boden ohne Kühlprobleme stabil abgestützt werden kann. Es können aber auch zusätzlich Fallrohre 33 vorgesehen sein, von denen eines gestrichelt dargestellt ist, die es ermöglichen, den Eisenschwamm vom äußeren Ende der Förderschnecken in den Vergaser 1 zu fördern. Zu diesem Zweck sind jeweils im außenliegenden Bereich der Förderschnecken 11 Stutzen 34 vorgesehen und diese durch jeweils ein Fallrohr 33 mit dem Innenraum des Vergasers 1 verbunden. Selbstverständlich können in diesem Fall die Förderschnecken auch in beiden Drehrichtungen antreibbar sein bzw. kann eine Kombination von ständig nach außen fördernden und ständig nach innen fördernden Schnecken vorgesehen werden.
Auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der größte Teil des Reduktionsgases über einen ringförmigen Einlaß von der Peripherie her in die Ringzone 15 eingeblasen. Dieser Anteil ist mit a bezeichnet. Da durch Entfallen des Ringspaltes 7 der ersten Ausführungsform das Reduktionsgas nicht mehr über diesen Weg in den hinter der Ringschürze 9 gebildeten Ringraum 14 geleitet werden kann, ist mindestens ein in den Ringraum 14 mündender Stutzen 35 vorgesehen, der über eine Gasleitung 36 mit einem Gasauslaß 37 des Vergasers 1 verbunden ist.
Der Kegeleinsatz 10 weist beim zweiten Ausführungsbeispiel Durchtrittsöffnungen 38 auf, in die die inneren Enden der radial angeordneten Förderschnecken 11 eingreifen. Diese Durchtrittsöffnungen 38 bilden einen Gaseinlaß für das im Vergaserschacht 6 hochsteigende Reduktionsgas, und zwar für den mit b bezeichneten Teilstrom. Ein weiterer Teilstrom c wird durch einen Ringspalt 39 des Kegeleinsatzes 10 in die Ringzone 15 eingeleitet. Außerdem gelangt bei vorhandenen Fallrohren 33 ein Teilstrom über diese in die Schüttsäule. Der Teilstrom a bildet etwa 65 Volumenprozente, der Teilstrom b etwa 25 Volumenprozente, und der Teilstrom c etwa 10 Volumenprozente des in die Ringzone 15 eingeleiteten heißen Reduktionsgases. Da das Gas über einen großen Querschnitt eingeleitet wird, ergibt sich eine geringe Geschwindigkeit und eine geringe Eindringtiefe mitgeführter Staubpartikel, so daß die Gefahr eines Zusetzens der Zwischenräume zwischen den Eisenschwammpellets auch bei einem Reduktionsgas mit hohem Staubanteil hierdurch weiter herabgesetzt und eine gleichmäßige Gasverteilung gewährleistet werden kann. Im Verbindungsschacht 6 und im Gasrohr 36 sind Stutzen 40 zur Einleitung von Kühlgas vorgesehen. Außerdem enthält der Verbindungsschacht einen Ausgleichsabschnitt 41, durch den Höhendifferenzen zu dem durch das Gerüst 31 getragenen Boden 32 ausgleichbar sind.
Der in den Fig. 3 und 5 dargestellte Antrieb 13 ist in Form eines Klinkenschaltwerkes ausgebildet, wobei jeder Förderschnecke 11 zwei solcher Antriebe zugeordnet sind, wenn die Förderschnecken in beiden Drehrichtungen antreibbar sein soll.