AT405455B - Schachtofen - Google Patents

Description

AT 405 455 B

Die Erfindung betrifft einen Schachtofen, insbesondere einen Direktreduktionsschachtofen, mit einer Schüttung aus stückigem Gut, insbesondere Eisenoxid und/oder Eisenschwamm enthaltendem stückigem Gut, mit den Mantel des Schachtofens durchsetzenden Förderschnecken zum Austrag des stückigen Gutes aus dem Schachtofen, welche über dem Bodenbereich des Schachtofens angeordnet und im Mantel des Schachtofens gelagert sind.

Schachtöfen, insbesondere Reduktionsschachtöfen der oben beschriebenen Art sind vielfach aus dem Stand der Technik bekannt. Ein solcher, im wesentlichen als zylindrischer Hohlkörper ausgebildeter Schachtofen enthält im allgemeinen 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 Einlaßöffnungen 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.

Das ganz oder teilweise reduzierte Eisenoxid wird durch zwischen dem Bodenbereich des Schachtofens und dem Bereich der Gaseinlaßöffnungen angeordnete Austragsvorrichtungen aus dem Schachtofen heraus gefördert. Diese Austragsvorrichtungen sind in der Regel als sternförmig angeordnete, radial (bezogen auf den Schachtofen) fördernde Förderschnecken ausgebildet.

Die im Bereich des Schachtbodens liegende Zone, in welcher sich die Austragsvorrichtungen befinden, soll ein Maximum an aktiver Austragsfläche aufweisen, um einerseits ein möglichst gleichmäßiges Absenken des Schüttgutes zu erreichen, des weiteren soll auch eine kontinuierliche Bewegung des Gutes in der Reaktionszone gewährleistet werden.

Die Forderung nach einem Maximum an aktiver Austragsfläche ist bei einer sternförmigen Anordnung von Förderschnecken nur dann erfüllt, wenn jede der Förderschnecken über ihre ganze in den Schacht kragende Länge gleichmäßig Material aus der Schüttung abzieht und abtransportiert.

Um dies zu erreichen, ist der Förderquerschnitt existierender Förderschnecken so ausgelegt, daß in jedem Abschnitt einer Förderschnecke sowohl der Abtransport von Material aus in Förderrichtung vorgelagerten Abschnitten, als auch der Abtransport von Schüttgut aus dem den jeweiligen Abschnitt umgebenden Bereich bewältigt werden müßte. Dies erfolgt in der Regel durch eine kontinuierlich in Förderrichtung zunehmende Erhöhung des Radius der Paddel- oder Wendelumhüllenden. Zusätzlich wird durch eine zunehmende Steigung des Schneckenganges in Förderrichtung das Fördervolumen jedes Schneckenabschnitts stetig vergrößert.

Trotz dieser Maßnahmen wurde festgestellt, daß das Material am Schneckenkopf, sowie an der Wand des Schachtofens mit der doppelten bis dreifachen Geschwindigkeit abgezogen wird, wie in mittleren Bereichen der Förderschnecke.

Dies hat zur Folge, daß das über den mittleren Bereichen einer Förderschnecke befindliche Material eine höhere Verweildauer im Schachtofen aufweist, als das Material über Bereichen mit erhöhter Förderleistung. Dadurch bilden sich über den mittleren Bereichen verstärkt Verbackungen und Brücken innerhalb des Stückgutes aus, während über den Bereichen mit erhöhter Förderleistung die Bildung von Kanälen innerhalb der Schüttung besonders häufig auftritt.

Aus dem Stand der Technik bekannte Schachtöfen weisen also den Nachteil auf, daß beim Einsatz herkömmlicher Förderschnecken ein gleichmäßiger Austrag des im Schachtofen befindlichen Schüttgutes nicht einmal unmittelbar über den Förderschnecken selbst gewährleistet werden kann. In Verbindung mit den bei sternförmig angeordneten Förderschnecken ohnehin nicht erfaßbaren Bereichen, das sind einerseits die keilförmigen Bereiche zwischen je zwei benachbarten Förderschnecken, sowie der von den Förderschneckenköpfen ausgesparte Raum in der Mitte des Schachtofens, ergeben sich unterschiedliche Verweildauern des Schüttungsmaterials im Schachtofen, woraus wiederum ein ungleichmäßiger Reduktionsverlauf, sowie schwankende Produktqualitäten resultieren.

Die Aufgabe der gegenständlichen Erfindung ist es daher, einen Schachtofen, insbesondere einen Direktreduktionsschachtofen bereitzustellen, der aufgrund der darin verwendeten Förderschnecken einen verbesserten, gleichmäßigeren Austrag des Schüttungsmaterials aufweist, als aus dem Stand der Technik bekannte Schachtöfen unter Verwendung herkömmlicher Förderschnecken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der in den Schacht kragende Abzugsbereich jeder Förderschnecke in Längsrichtung in zumindest zwei benachbarte Abschnitte unterteilt ist, wobei die Förderquerschnitte benachbarter Abschnittsenden in Förderrichtung sprunghaft zunehmen.

Der den Schneckenkopf bildende Bereich hat im Gegensatz zu allen anderen Bereichen kein Material aus ihm vorgelagerten Abschnitten zu fördern. Er hat also die gesamte Kapazität frei für den Materialabzug aus der Schüttung. Um solche Bereiche erhöhter Förderkapazität auch in mittleren Teil des in den Schacht 2

AT 405 455 B kragenden Abzugsbereiches der Förderschnecke zu schaffen, wird der Abzugsbereich in Abschnitte unterteilt, wobei der Förderquerschnitt so gestaltet ist, daß dieser beim Übergang von einem Abschnitt zum in Förderrichtung benachbarten Abschnitt sprunghaft ansteigt. In diesem Bereich mit einer gegenüber dem vorhergehenden Abschnitt erhöhten Kapazität kann wieder vermehrt Material aus der Schüttung abtransportiert werden.

In Summe wird dadurch eine über die gesamte Schneckenlänge vergleichmäßigte Förderleistung erzielt, wobei die Unterteilung des in den Schacht kragenden Abzugsbereiches der Förderschnecke bei nicht zu langen Abzugsbereichen in zwei solche Abschnitte bereits ausreicht, um eine signifikante Verbesserung des Förderverhaltens gegenüber einer Förderschnecke mit in Förderrichtung kontinuierlich ansteigendem Förderquerschnitt zu erreichen.

Abhängig von der Länge und der Anzahl der Schneckenwindungen wird der in den Schacht kragende Abzugsbereich in zwei oder mehrere solcher Abschnitte unterteilt. Ein wesentliches Kriterium bei der Wahl der Anzahl der Abschnitte ist die jeweilige Zunahme des Förderquerschnitts. Mit steigender Anzahl der Abschnitte bzw. sinkender Zunahme der Förderquerschnitte nähert sich die Schneckenform und somit die Fördercharakteristik an jene der Schnecken mit kontinuierlich ansteigendem Förderquerschnitt an.

Der sprunghafte Anstieg des Förderquerschnittes im Bereich einander zugeordneter Abschnittsenden soll - bezogen auf die Längsachse der Förderschnecke - eine mittlere Steigung von zumindest 45*. vorzugsweise von zumindest 60', besonders bevorzugt von im wesentlichen 90' aufweisen. Um die Reibungskräfte zwischen dem Schüttgut und der Stirnfläche des Schneckenganges in diesem Bereich und somit den Verschleiß und die benötigte Antriebsleistung möglichst gering zu halten, ist es weiters von Vorteil, diesen Übergang zumindest teilweise verlaufend zu gestalten.

Um die benötigte Antriebsleistung gering zu halten, ist es weiters von Vorteil, die sprunghaften Anstiege der Förderquerschnitte in Umfangsrichtung der Förderquerschnitte gegeneinander versetzt, vorzugsweise gleichmäßig verteilt, anzuordnen, wobei der Abzugsbereich in zumindest drei Abschnitte unterteilt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Förderquerschnitte innerhalb einzelner Abschnitte einer Förderschnecke konstant gehalten. Diese Ausführungsform ist fertigungstechnisch besonders einfach zu realisieren.

Gemäß einer zur obigen alternativen Ausführungsform sind die Förderquerschnitte innerhalb einzelner Abschnitte einer Förderschnecke kontinuierlich ansteigend ausgebildet. Diese Variante vereint die Vorteile herkömmlicher mit denen der erfindungsgemäßen Förderschnecken, d.h. kontinuierlich ansteigende Förderquerschnitte werden mit Bereichen erhöhter Förderleistung kombiniert.

Bevorzugterweise werden die Schraubenflächen der Förderschnecken von auf den Wellen der Förderschnecken montierten Paddeln gebildet. Obwohl die Schraubenflächen auch über die gesamte Schneckenlänge durchgehend ausgebildet sein können, sind von Paddeln gebildete Schraubenflächen einfacher herzustellen. Im Falle einer Reparatur können Paddel auch wesentlich einfacher ausgetauscht werden.

Das Ausmaß der Größenänderung des Förderquerschnitts zweier benachbarter Abschnittsenden, angegeben als die Änderung seines Radius, liegt in der Größenordnung des Zwei- bis Achtfachen, vorzugsweise des Zwei- bis Sechsfachen der mittleren Korngröße des zu fördernden stückigen Gutes, wobei Versuche gezeigt haben, daß bei einer Unterteilung des Abzugsbereiches einer Förderschnecke in drei Abschnitte eine Radiuserhöhung des Förderquerschnittes von etwa dem Drei- bis Vierfachen der mittleren Korngröße besonders bevorzugt ist.

Konstruktiv wird diese bevorzugte Ausführungsform dadurch bewerkstelligt, daß, beispielsweise bei Verwendung von Paddeln, von zwei benachbarten, unterschiedlichen Abschnitten zugehörigen Paddeln, das zweite beispielsweise um die dreifache mittlere Korngröße höher ist als das erste. Bei einer mittleren Korngröße von beispielsweise 20 mm unterscheiden sich diese beiden Paddel in ihrer Höhe also um 60 mm.

Die dreifache mittlere Korngröße als Ausmaß für die Steigerung der Paddelhöhe konnte in Versuchen als besonders vorteilhaft bei der Schaffung von Bereichen mit erhöhter Förderleistung ermittelt werden.

Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Schachtofens ist die Steigung des Schneckenganges jeweils einer Förderschnecke in Förderrichtung in an sich bekannter Weise ansteigend, oder in Förderrichtung zunächst konstant gehalten und in weiterer Folge ansteigend, ausgeführt. Dadurch wird das von der Förderschnecke förderbare Volumen in Förderrichtung vergrößert, so daß das erfindungsgemäß vermehrt aus der Schüttung abgezogene Material auch tatsächlich aus dem Schachtofen abtransportiert wird.

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Schachtofen durch die Zeichnungen Fig. 1 bis Fig. 4, noch näher erläutert.

Fig. 1: Schachtofen mit Förderschnecken

Fig. 2: schematische Förderschnecke, Förderquerschnitt der einzelnen Abschnitte ist konstant 3

Claims (10)

1. AT 405 455 B Fig. 3: schematische Förderschnecke, Förderquerschnitt einzelner Abschnitte ansteigend Fig. 4: Gegenüberstellung der abschnittsbezogenen Förderleistungen herkömmlicher und erfindungs gemäßer Förderschnecken Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Schachtofen 1 mit der Schüttung 2 stückigen Gutes und den 5 Förderschnecken 3 für den Austrag des stückigen Gutes aus dem Schachtofen 1. In der sogenannten Bustle-Zone 4 entlang des Mantels des Schachtofens befindet sich eine Anzahl von Gaseintrittsöffnungen, durch welche ein Reduktionsgas in die Schüttung 2 eingeblasen wird. Eine Anzahl (hier sechs) von sternförmig über dem Boden des Schachtofens 1 angeordneten Förderschnecken 3 bewerkstelligt den Austrag des stückigen Gutes. Der in den Schacht kragende Abzugsbereich 5 jeder Förderschnecke 3 ist in io drei Abschnitte unterteilt, wobei die Förderquerschnitte der einzelnen Abschnitte in Förderrichtung, also in Richtung der Wand des Schachtofens 1, sprunghaft 2unehmen. In den Zeichnungen Fig. 2 und Fig. 3 sind zwei unterschiedliche Ausführungsformen der Förderschnek-ken 3 dargestellt. Fig. 2 zeigt dabei eine Förderschnecke 3 im Querschnitt, deren Förderteil, also der in den Schacht kragende Abzugsbereich in Form eines von Paddeln 6 gebildeten, unterbrochenen Schneckengan-15 ges ausgebildet ist. Der Abzugsbereich 5 ist In drei Abschnitte 7,8,9 unterteilt, wobei sich die Paddelhöhe an benachbarten Abschnittsenden um das Dreifache der mittleren Korngröße des zu fördernden stückigen Gutes erhöht. Innerhalb der einzelnen Abschnitte 7,8,9 ist die Paddelhöhe und damit der Förderquerschnitt konstant gehalten. Die in Fig. 3 dargestellte Förderschnecke 3 unterscheidet sich von der in Fig. 2 gezeigten dahingehend, 20 daß die Höhe der Paddel 6 innerhalb einzelner Abschnitte in Förderrichtung kontinuierlich ansteigend ausgeführt ist. Erst am Obergang von einem Abschnitt zum nächsten erfährt die Paddelhöhe eine sprunghafte Änderung im Ausmaß des Dreifachen der mittleren Korngröße des stückigen Gutes. Fig. 4a bis Fig. 4c zeigen eine Gegenüberstellung der abschnittsbezogenen Fördercharakteristik herkömmlicher Förderschnecken und solcher mit sprunghaft ansteigendem Förderquerschnitt. Die Förder-25 leistung einer herkömmlichen Förderschnecke (Fig. 4a) ist am Schneckenkopf (1. Kammer), sowie nahe der Wand des Schachtofens (5. Kammer) wesentlich höher als in mittleren Bereichen (2. - 4. Kammer) der Förderschnecke. Eine Unterteilung der Förderschnecke in zwei Abschnitte mit unterschiedlichem Förderquerschnitt (Fig. 4b) resultiert in einer Zunahme der Förderleistung im Bereich der Erhöhung des Förderquerschnittes (3. Kammer). Erst eine Unterteilung in drei Abschnitte bewirkt eine über den größten so Teil des Abzugsbereiches konstante Förderleistung. Patentansprüche 1. Schachtofen (1), insbesondere Direktreduktionsschachtofen, mit einer Schüttung (2) aus stückigem Gut, 35 insbesondere Eisenoxid und/oder Eisenschwamm enthaltendem stückigem Gut, mit den Mantel des Schachtofens durchsetzenden Förderschnecken (3) zum Austrag des stückigen Gutes aus dem Schachtofen, welche über dem Bodenbereich des Schachtofens (1) angeordnet und im Mantel des Schachtofens (1) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Schacht kragende Abzugsbereich (5) jeder Förderschnecke (3) in Längsrichtung zumindest zwei benachbarte Abschnitte aufweist, 40 wobei die Förderquerschnitte benachbarter Abschnittsenden in Förderrichtung sprunghaft zunehmen.
2. 2. Schachtofen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sprunghafte Anstieg des Förderquerschnittes im Bereich einander zugeordneter Abschnittsenden - bezogen auf die Längsachse der Förderschnecke (3) - eine mittlere Steigung von zumindest 45 ·, vorzugsweise von zumindest 60* 45 aufweist.
3. 3. Schachtofen (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der sprunghafte Anstieg des Förderquerschnittes in Förderrichtung eine Steigung von im wesentlichen 90* aufweist. so
4. 4. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Schacht kragende Abzugsbereich (5) jeder Förderschnecke (3) in Längsrichtung zumindest drei benachbarte Abschnitte aufweist, wobei die sprunghaften Anstiege der Förderquerschnitte in Umfangsrichtung der Förderquerschnitte gegeneinander versetzt, vorzugsweise gleichmäßig verteilt, angeordnet sind.
5. 5. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderquerschnitte innerhalb einzelner Abschnitte jeweils einer Förderschnecke (3) konstant gehalten sind. Γ ’m 4 55 AT 405 455 B
6. 6. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderquerschnitte innerhalb einzelner Abschnitte jeweils einer Förderschnecke (3) in Förderrichtung kontinuierlich ansteigend ausgebildet sind.
7. 7. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenflächen der Förderschnecken (3) von auf den Wellen der Förderschnecken montierten Paddeln (6) gebildet werden.
8. 8. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme des Förderquerschnitts benachbarter Abschnittsenden einer Förderschnecke (3) durch eine Radiuserweiterung des Förderquerschnitts im Ausmaß des Zwei- bis Achtfachen, vorzugsweise des Zwei- bis Sechsfachen der mittleren Korngröße des stückigen Gutes gebildet wird.
9. 9. Schachtofen (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Schacht kragende Abzugsbereich jeder Förderschnecke (3) in drei benachbarte Abschnitte unterteilt ist, wobei die Radiuserweiterung des Förderquerschnitts benachbarter Abschnittsenden das Drei- bis Vierfache der mittleren Korngröße des stückigen Gutes beträgt.
10. 10. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des Schneckengangs jeweils einer Förderschnecke (3) in Förderrichtung hin konstant gehalten und/oder ansteigend ausgeführt ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 5