Verfahren und Vorrichtung zur direkten Erzeugung von flüssigem Roheisen aus stückigem Eisenerz

Abstract

 Heiße Eisenschwammpartikel werden aus einem Direktreduktionsschactofen (2) durch Schneckenförderer (17) über Verbindungsleitungen (19) direkt in einen Einschmelzvergaser (1) gefördert und ein sich über diesen direkten Weg ausbildender Gasstrom (24) von Einschmelzvergaser (1) in den Direktreduktionsschachtofen (2) nach Kühlung auf unterhalb 950°C auf maximal 30 Vol.-% der dem Direktreduktionsschachtofen (2) insgesamt zugeführten Reduktionsgasmenge begrenzt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1..Sie bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.

[0002] Ein Verfahren und eine_'Vorrichtung dieser Art sind durch die DE-OS 28 43 303 bekannt geworden. Das im Einschmelzvergaser erzeugte Reduktionsgas weist an der Austrittsstelle aus dem Einschmelzvergaser noch eine Temperatur von etwa 1200 bis 1400°C auf und ist außerdem mit einem hohen Staub- . anteil beladen. Deshalb kann es erst nach dem Reinigen und Abkühlen auf die für den Direktreduktionsprozess erforderliche Temperatur von etwa 800°C dem Direktreduktionsschachtofen zugeführt werden. Ein unmittelbares-Einleiten in den Reduktionsofen würde binnen kurzer Zeit zum Verkleben des Schüttgutes und zum Zusetzen der Zwischenräume durch den mitgeführten Staubanteil führen und damit den Direktreduktionsprozess unmöglich machen. Deshalb wird eine direkte Verbindung zwischen dem Direktreduktionsschachtofen und dem Einschmelzvergaser verhindert und der heiße Eisenschwamm wird mittels einer als Absperrorgan ausgebildeten Schleuse vom Direktreduktionsschachtofen in den Einschmelzvergaser gefördert.

[0003] Derartige Schleusen haben sich wegen der hohen Temperaturen und wegen der Baschaffenheit 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 Zusammenbackens der Eisenschwammpartikel.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung der einleitend genannten Art einen kontinuierlichen Transport der heißen Eisenschwammpartikel aus dem Direktreduktionsschachtofen in den Einschmelzvergaser zu ermöglichen, ohne daß es zu den erwähnten Schwierigkeiten kommt. Das Verfahren soll im Hinblick auf einen hohen thermischen Wirkungsgrad des Gesamtprozesses einen auf Dauer betriebssicheren Transport von auf knapp unterhalb der Erweichungstemperatur erhitzten Eisenschwammpartikeln aus dem Direktreduktionsschachtofen in den Einschmelzvergaser ermöglichen.

[0005] Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren der genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 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.

[0006] Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird auf die Schleusen verzichtet, die das über 1200⁰C 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 Staübs setzt sich im Bereich der Austrittsseite der Austragvorrichtung ab und wird durch die Austragvorrichtung zusammen mit den Eisenschwammpartikeln ausgetragen. Da-: mit 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 Einschmelzvergaser 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".

[0007] Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand von zwei Figuren näher erläutert. Es zeigen

_Fig. 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens und der Vorrichtung,

Fig. 2 in einem Längsschnitt einen Schneckenförderer zum Heißaustrag der Eisenschwammpartikel.

[0008] 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 28 43 303 beschriebenen Art. Oberhalb des Einschmelzvergasers ist ein in einer nicht dargestellten Stahlkonstruktion aufgehängter Direktreduktionsschachtofen 2 angeordnet, der im Prinzip beispielsweise in der DE-OS 29 35 707 beschrie- ― ben 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.

[0009] 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.

[0010] 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.

[0011] 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 gereihigten vom Einschmelzvergaser gelieferten Reduktionsgases zugeführt wird.

[0012] 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 geregelter Menge eingeleiteten Kühlgases auf eine Temperatur 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 Eisenschwammpartikeln wieder in das betreffende Fallrohr und in den Einschmelzvergaser zurück befördert.

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] 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.

[0016] 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.

[0017] 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 Verjüngung der Umhüllenden . eine gleichmäßige Entnahme des Schüttgutes aus der Schüttsäule.

[0018] 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.

[0019] 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.

[0020] 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.

Ansprüche

1. Verfahren zur. direkten Erzeugung von flüssigem Roheisen aus stückigem Eisenerz, das in einem Direktreduktionsschachtofen in Form einer losen Schüttung mittels eines heißen Reduktionsgases zu Eisenschwamm reduziert und dann durch eine Austragvorrichtung im heißen Zustand einem Einschmelzvergaser zugeführt wird, in dem aus eingebrachter Kohle und eingeblasenem sauerstoffhaltigen Gas die zum Schmelzen des Eisenschwamms erforderliche Wärme und das Reduktionsgas erzeugt werden, von dem ein erster Teilgasstrom nach einer Abkühlung auf die für die Reduktion vorgeschriebene Temperatur und einer Entstaubung in die Reduktionszone des Direktreduktionsschachtofens eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Eisenschwammpartikel durch die Austragvorrichtung auf direktem Weg über wenigstens eine Verbindungsleitung (19) in den Einschmelzvergaser (1) gefördert werden und ein sich über diesen direkten Weg zwischen Einschmelzvergaser und Direktreduktionsschachtofen (2) im Gegenstrom zu den Eisenschwammpartikeln ausbildender zweiter Teilgasstrom (24) des Reduktionsgases auf maximal 30 Vol.-% der insgesamt in den Direktreduktionsschachtofen eingeleiteten Reduktionsgasmenge begrenzt und im Bereich der Verbindungsleitung auf eine Temperatur von unterhalb 950°C gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des zweiten Teilgasstromes (24) an der dem Direktreduktionsschachtofen (2) zugeführten Reduktionsgasmenge zwischen 5 und 15 Vol.-% liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des zweiten Teilgasstroms (24) an der dem Direktreduktionsschachtofen (2) zugeführten Reduktionsgasmenge zwischen 8 und 10 Vol.-% liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teilgasstrom (24) im Bereich der Verbindungsleitung (19) auf eine Temperatur zwischen 750 und 850°C gekühlt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teilgasstrom (24) im Bereich der Verbindungsleitung (19) durch Beimischen eines dritten Teilgasstromes (23) des im Einschmelzvergaser (1) erzeugten Reduktionsgases gekühlt wird, nachdem dieses gereinigt und ausreichend abgekühlt worden ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas des dritten Teilgasstromes (23) auf eine Temperatur von etwa 50°C abgekühlt wird, bevor es mit dem zweiten Teilgasstrom (24) vermischt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand für den ersten Teilgasstrom (13) im Strömungsweg zwischen dem Einschmelzvergaser (1) und dem Eintritt (4) in die Reduktionszone wesentlich kleiner als der Strömungswiderstand für den zweiten und dritten Teilgasstrom (24, 23) im Strömungsweg zwischen dem Einschmelzvergaser und dem Eintritt in die Reduktionszone gehalten wird. _:

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem oberhalb eines Einschmelzvergasers angeordneten Direktreduktionsschachtofen , der am unteren Ende eine Austragsvorrichtung (17) für heißen Eisenschwamm mit mindestens einer Austrittsöffnung aufweist, die mit dem Einschmelzvergaser in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß an die Austrittsöffnung (18) der Austragsvorrichtung eine unmittelbar in den Einschmelzvergaser (1) mündende Verbindungsleitung (19) mit einem zusätzlichen seitlichen Gaseinlaß für Kühlgas angeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragsvorrichtung in Form von über den Querschnitt verteilt angeordneten Schneckenförderern (17) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragsvorrichtung in Form von fliegend gelagerten, radial angeordneten Schneckenförderern (17) ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderteil (36) der Schneckenförderer (17) in Form eines durch Paddeln (37) gebildeten unterbrochenen Schneckengangs ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Umhüllende (38) des Förderteils (36) der Schneckenförderer (17) zur Eintrittsseite des Schneckenförderers hin konisch verjüngt.

Zeichnung