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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines Festbettes in einem Aggregat der Metallurgietechnik, vorzugsweise zur Herstellung von Roheisen oder Stahl- vorprodukten aus eisenhältigen Einsatzstoffen, insbesondere in einem Einschmelzvergaser, wobei ein stückiges Schüttgut, welches erzhaltige und kohlenstoffhältige Bestandteile, insbesondere vorreduziertes, Eisenerz, vorzugsweise Eisenschwamm, sowie, vorzugsweise stückige, Kohle, enthält, auf eine Fläche chargiert wird, und eine, vorzugsweise gleichmässige, Durchmischung des erzhältigen und des kohlenstoffhältigen Bestandteiles des Schüttgutes erfolgt
Die Verteilung eines stückigen Schüttgutes auf eine ausgedehnte Fläche ist ein im Anlagenbau und in der Verfahrenstechnik bei Fachleuten bekanntes Problem.
Insbesondere bei Reaktoren der chemisch/physikalischen Verfahrenstechnik werden grosse Anstrengungen unternommen, um einen für den jeweiligen Prozess optimalen Verteilungsgrad des Schüttgutes zu erwirken. Die falsche Beladung eines derartigen Reaktors kann zu einer Minderung in der Qualität des erzeugten Produktes, zu hohen Verlust durch Staubaustrag, und zur Minderung der Produktivität der gesam- ten Anlage führen. Die Materialverteilung stellt insbesondere ein wesentliches Instrument zur Einstellung der Gasverteilung dar.
DE-19623246 C1 beschreibt diesbezüglich eine Vorrichtung zur gemeinsamen zentralen Ein- bringung von Kohle und Eisenschwamm in einen Einschmelzvergaser. Obwohl eine entsprechende Durchmischung der Stoffe erreicht wird, erweist sich die zentrale Einbringung der Kohle-Eisen- schwamm-Mischung aus prozesstechnischen wie wirtschaftlichen Gründen als nicht vorteilhaft.
Unter dem Gesichtspunkt des Standes der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfin- dung ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und 5, sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 8 weiter zu entwickeln, um gegenüber dem Stand der Technik eine wirtschaftlichere Prozessführung sowie eine wirtschaftlichere anlagentechnische Ausführung zu erreichen.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss entsprechend den Verfahren nach dem kenn- zeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 5, sowie entsprechend der Vorrichtung nach dem kenn- zeichnenden Teil des Anspruchs 8 gelöst
Die vorliegende Erfindung erweist sich bei Einsatz in einem Einschmelzvergaser als besonders vorteilhaft, und ist diesbezüglich am detailliertesten dokumentiert. Die Anwendung der Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese Ausführungsform, vielmehr handelt es sich bei der Be- schreibung der Vorgänge in einem Einschmelzvergaser um eine beispielhafte Erläuterung.
Ein Einschmelzvergaser, wie aus dem Stand der Technik bekannt, dient zum Einschmelzen eines weitgehend vorreduzierten Eisenerzes (DRI), sowie der Erzeugung von Reduktionsgas, vorzugsweise aus Kohle.
Die Kohle sowie das DRI werden zumeist über die Kuppel des Einschmelzvergasers in selbi- gen eingebracht, wobei es sich als günstig erwiesen hat, die Kohle zentral einzubringen Das DRI wird demnach über mehrere dezentral gelegene Öffnungen an der Vergaserkuppel in den Ein- schmelzvergaser eingebracht.
Die Erfindung ist weiters durch ein Verfahren zur Erzeugung eines Festbettes in einem Aggre- gat der Metallurgietechnik, vorzugsweise zur Herstellung von Roheisen oder Stahlvorprodukten aus eisenhältigen Einsatzstoffen, insbesondere in einem Einschmelzvergaser, bei welchem ein stückiges Schüttgut, welches erzhältige und kohlenstoffhaltige Bestandteile, insbesondere vorre- duziertes, Eisenerz, vorzugsweise Eisenschwamm, sowie, vorzugsweise stückige, Kohle enthält, auf eine Flache chargiert wird, und eine, vorzugsweise gleichmässige, Durchmischung des erzhälti- gen und des kohlenstoffhaltigen Bestandteiles des Schüttgutes erfolgt gekennzeichnet, wobei der gesamte erzhältige Bestandteil auf einen aktiven Umfangsbereich (Randbereich) des Festbettes chargiert wird, an dem die, vorzugsweise gleichmässige,
Durchmischung des erzhältigen mit dem kohlenstoffhaltigen Bestandteil des Schüttgutes erfolgt.
Dabei bezeichnet der aktive Umfangsbereich jenen Bereich des Festbettes, der eine gleichmä- #ige für die Roheisen- bzw. Reduktionsgas-Herstellung genügende Durchgasung aufweist
Nach einem Merkmal der Erfindung wird ein grobkörniger Anteil, insbesondere des kohlen- stoffhältigen Bestandteiles, des Schüttgutes, welcher eine mittlere Korngrösse aufweist, die grösser als die mittlere Korngrösse des zu verteilenden Schüttgutes, insbesondere des kohlenstoffhaltigen
Bestandteiles, ist, auf das Zentrum der Fläche chargiert, und auf diese Weise eine, vorzugsweise stationäre, vordefinierte Korngrössenverteilung erzeugt
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das Schüttgut, insbesondere der kohlen- stoffhältige Bestandteil des Schüttgutes,
über eine Chargiervorrichtung im wesentlichen rotations- symetrisch auf die Fläche verteilt, wobei auf das Zentrum der Fläche, durch direkte Verteilung weniger Material, als es dem Durchschnitt der anderen Stellen der Fläche, zwischen dem Zentrum und dem äusseren Rand des aktiven Umfangsbereichs des Festbettes, entspricht, aufgebracht wird.
Nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung wird der grobkörnige Anteil, insbesondere des kohlenstoffhaltigen Bestandteiles, des Schüttgutes, der vorerst in einem Abstand vom Zentrum, auf das Festbett in der Weise aufgebracht, dass dieser in der Folge selbsttätig durch eine indirekte Verteilung, insbesondere eine Segregation, auf das Zentrum der Fläche, chargiert.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird das stuckige Schüttgut über eine oder mehrere stationäre Chargiervorrichtungen chargiert.
Eine Chargierung kann direkt oder indirekt erfolgen.
Mit direkter Chargierung wird definitionsgemäss jene Chargierung bezeichnet, bei der das be- treffende Schüttgut bei seiner Einbringung, insbesondere in einen Reaktor oder in ein Gefäss, auf einen vorbestimmten Bereich einer Fläche, insbesondere auf das Zentrum einer Fläche, geladen wird.
Mit indirekter Chargierung wird definitionsgemäss jene Chargierung bezeichnet, bei der das Stückgut zwar durch eine direkte Chargierung eingebracht wird, die resultierende Verteilung auf der Fläche aber durch weitere Effekte, insbesondere durch Segregation bestimmt wird. Auf diese Weise ist es möglich, das Schüttgut auf einen bestimmten Bereich der Fläche, insbesondere auf das Zentrum der Fläche, obgleich durch die direkte Chargierung ausgespart, oder zumindest wenig beaufschlagt, beispielsweise durch Segregation, also indirekt, gezielt zu verteilen und zu chargie- ren.
Demgemäss wird durch die direkte und/oder indirekte Chargierung eine Korngrössenverteilung über die Fläche eingestellt, die im wesentlichen im weiteren Verlauf des Verfahrens konstant bleibt, sich also stationär verhält.
Nach einem Merkmal der Erfindung, handelt es sich bei der ausgedehnten Fläche um eine durchgasbare, insbesondere tatsächlich durchgaste, Fläche, wobei Verfahrensgas gezielt durch diese Fläche geführt wird. Bei einer derartigen Durchgasung handelt es sich um ein wesentliches Merkmal eines entsprechenden Verfahrens, beispielsweise die Durchgasung des Festbettes eines Schachtofens oder Einschmelzvergasers.
Es ist eine wesentliche Aufgabe des erfindungsgemässen Verfahrens das Bett des Vergasers geeignet einzustellen, um Mengen-, Druck-, und Analysenschwankungen im Gassystem oberhalb des Bettes zu verhindern Da ein Einschmelzvergaser, neben der Erzeugung des Roheisens auch der Herstellung von Reduktionsgas dient, beeinträchtigen unregelmässige Gasströmungen seine Punktionsweise in beträchtlichem Masse. Diese Unregelmässigkeiten können bis zur Ausbildung von Gasfontänen führen, die zu einem plötzlichen Staubaustrag aus dem Aggregat führen. Der diskon- tinuierliche Staubaustrag, wie er beispielsweise durch plötzliche Entgasung entsteht, führt zu einer Belastung der nachfolgenden Aggregate, insbesondere eines Reduktions-Schachtofens.
Speziell bei Verfahren bei denen unterhalb des Bettes eine seitliche Gaszuführung erfolgt, wird das Zentrum des Reaktionsbettes bei einer Beladung nach dem Stand der Technik nur unzurei- chend durchgast. Die Erfindung setzt Gegenmassnahmen, die zu einer wesentlichen Verbesserung des Prozesses führen.
Die Ausbildung des Festbettes in einem Einschmelzvergaser unterscheidet sich dabei wesent- lich von der Chargierung beispielsweise eines Hochofens, da es sich bei einem Einschmelzverga- ser einerseits um ein Aggregat anderer Spezifikation, insbesondere anderen Abmessungen, han- delt und der Einschmelzvergaser andererseits nach einem anderen Verfahren betrieben wird, wobei andere Einsatzmittel, als es etwa dem Hochofenverfahren entspricht, verwendet werden.
Bei einem bevorzugten Verfahren dieser Art wird als Energieträger kohlenstoffhaltiger Fest- stoff, insbesondere Kohle, und 02-hältiges Gas verwendet Nach dem Stand der Technik wird dabei die Kohle mit einer oder mehreren Förderschnecken aus einem Kohlebunker gefördert und zentral aufgegeben, wobei die Kohle somit in einem engen, konzentrierten Strahl durch den Gasraum des Einschmelzvergasers auf die Bettoberfläche fällt Es ist weiters auch denkbar die Kohle nicht zentral sondern über mehrere Teilströme getrennt auf das Festbett aufzugeben.
Ausgehend von der zentralen Einbringung der Kohle in den Vergaser, fällt die Kohle durch die
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Charakteristik der Schneckenförderung nicht auf die Mitte der Bettoberfläche, sondern durch die Horizontalgeschwindigkeit der Schneckenabwurfes leicht ausserhalb der Mitte.
Aufgrund der tendentiell punktuellen Chargierung und aufgrund feinerer Partikel und Agglome- rationstendenzen der Kohle verschlechtert sich an den mittigen Chargierstellen des Bettes das Durchgasungsverhalten. Es bildet sich darauf ein Schüttkegel, welcher von Zeit zu Zeit mit unter- schiedlich grossem Volumen in den durchgasten Umfangsbereich unvermittelt abrutscht. Die Kohle gelangt in den heisseren Umgebungsbereich und entgast dabei sehr rasch
Gasmengenschwankungen mit Druckbeeinflussung und Analysenschwankungen sind dabei die Folge, wodurch weitere negative Auswirkungen auf das nachgeschaltete Gassystem resultie- ren.
Weiters bedingt dieses Abrutschen der Kohle eine ungleichmässige und unsymmetrische Mate- rialverteilung am Umfang Eine kontinuierliche Erwärmung des Möllers ist so gestört, wodurch eine unterschiedliche Aufwärmung von direkt reduziertem Eisen (DRI) am Umfang resultiert, und womit sich kein gleichmässiges Temperaturprofil einstellen kann. Schwankungen in der Roheisen- und Schlackequalität sind die Folge. Lokale Unterschiede in der Schlackenzusammensetzung am Umfang führen zu Störungen im Abfliessverhalten und die gewünschte Schlackezusammensetzung im Herd kann sich nur mehr unzureichend durch Vermischen der Einsatzstoffe einstellen.
Die bei der Beladung des Einschmelzvergasers geläufige punktförmige Chargierung von Kohle in den mittleren Bereich der Bettoberfläche führt folglich zu einer unkontrollierten Ausbildung der Bettoberfläche und je nach Segregationsverhalten zu einer ungünstigen Verteilung der verschiede- nen Korngrössen des Schüttgutes
Vorzugsweise wird sich bei einer derartigen Chargierung das grössere Korn nach aussen bewe- gen Das Gas, welches das Bett von unten durchströmt, wird dadurch tendenziell zur Vergaser- wand gedrängt und unkontrolliert im Festbettquerschnitt verteilt. Hohe lokale Gasgeschwindigkei- ten bis hin zu Fontänenbildung stören die Gasreaktionen in der Vergaserkuppel und erhöhen den Staubaustrag. Als Folge erhält man einen grossen Bereich im Zentrum des Vergasers, welcher von wenig Gas durchströmt wird.
Das Volumen des aktiven Bettes ist somit reduziert und der Tote Mann im Zentrum bzw. im Herd wird hauptsächlich mit feinerem Korn versorgt, womit sich die Drainage weiter verschlechtert.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Kohle nicht auf einen Punkt in den Vergaser zu chargieren, sondern die Kohle gezielt, angesichts ihrer Korngrösse, und dabei insbesondere rotati- onssymetrisch, auf die Bettoberfläche zu streuen. Es ist dabei weiters zu beachten, dass in das Zentrum des Bettes stückigere Kohle chargiert wird, als auf den Umgebungsbereich, da sich diese Ausgestaltung des Verfahrens als besonders günstig erweist.
Es ist eine weitere wesentliche Aufgabe des erfindungsgemässen Verfahrens das Bett des Ver- gasers geeignet einzustellen, um Mengen-, Druck-, und Analysenschwankungen im Gassystem oberhalb des Bettes zu verhindern. Da ein Einschmelzvergaser, neben der Erzeugung des Rohei- sens auch der Herstellung von Reduktionsgas dient, beeinträchtigen unregelmässige Gasströmun- gen seine Funktionsweise in beträchtlichem Masse. Diese Unregelmässigkeiten können bis zur Ausbildung von Gasfontänen führen, die zu einem plötzlichen Staubaustrag aus dem Aggregat führen Der diskontinuierliche Staubaustrag, wie er beispielsweise durch plötzliche Entgasung entsteht, führt zu einer Belastung der nachfolgenden Aggregate, insbesondere des Reduktions- Schachtofens.
Diese Aufgabe wird durch die gleichmässige Verteilung der Kohle, bzw. des mit Kohlenstoff an- gereicherten Materials des Schüttgutes, auf das Festbett, und somit durch eine gleichzeitig homo- genere Durchmischung der Kohle mit dem direkt-reduzierten Eisen (DRI) gelöst, wobei insbeson- dere der Bereich des Zentrums, um eine Ausbildung eines Schüttkegels zu verhindern, mit höchs- tens soviel Kohle versorgt wird, wie über den Toten Mann abgebaut wird
Die Durchmischung erfolgt dabei insbesondere im Fall einer gleichzeitigen und kontinuierlichen Chargierung der stückigen Kohle sowie des vorreduzierten Eisenerzes, insbesondere des Eisen- schwammes, wie bei der Beladung eines Einschmelzvergasers besonders effizient.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird durch direkte Verteilung auf das Zentrum des Festbettes weniger Kohle aufgebracht, als über den Toten Mann abgebaut wird, damit das Bettniveau abgesenkt und auf diese Weise stückigere Kohle durch Segregation, also indirekte Verteilung, zur Mitte des Bettes chargiert. Das solcherart niedrigere Niveau, sowie die
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stückigere Kohle im Zentrum des Festbettes führen zu einer stärkeren Mittelbegasung, und damit zu einer Vergrösserung des aktiven Bettvolumens für die chemischen bzw. metallurgischen Prozes- se des Einschmelzvergasers.
Die gewünschte Kornverteilung am Bett des Einschmelzvergasers kann nicht nur durch indirek- te sondern auch durch direkte Chargierung verwirklicht werden, wodurch die Korngrössenverteilung über das Festbett gezielt und direkt beeinflusst wird. Diesbezüglich kann an eine korngrössenab- hängige Vorsortierung des Schüttgutes gedacht werden.
Betreffend die Chargierung von Hoch- und Schachtöfen sind im Stand der Technik bewegliche, zumeist drehbare Chargiervorrichtungen bekannt. Mit diesen Chargiervorrichtungen kann die Ver- teilung des Möllers, sowie des Erzes, vor allem im Bereich des oberen Schachtes, gezielt auf die Bedürfnisse des Verfahrens eingestellt werden.
Gegenüber dem Stand der Technik besitzt eine erfindungsgemässe unbewegliche und stationä- re Chargiervorrichtung verschiedene Vorteile:
Ein wesentlicher Vorteil ist dabei die geringere Anfälligkeit der Vorrichtung auf mechanischen und thermomechanischen Verschleiss. Bewegliche Teile sind bei höheren Temperaturen nur be- dingt einsetzbar, da eine Adaption einen unverhältnismässig hohen Aufwand erfordert.
Darüber hinaus benötigen bewegliche Vorrichtungen im allgemeinen einen Antrieb, der einer- seits wiederum einen zusätzlichen Wartungsaufwand bedingt, und andererseits zur Bewegung einer hochwarmfesten und robusten, insbesondere speziell armierten, Vorrichtung, auch entspre- chend dimensioniert werden muss, und so einen hohen Energieaufwand erfordert.
Nach einem Merkmal der vorliegenden Erfindung erfolgt die Streuung der Kohle durch Einsatz einer Chargiervorrichtung in den fallenden Kohlestrahl, welche eine im wesentlichen gleichmässige, insbesondere rotationssymetrische, Chargierung über die Charbettoberfläche sicherstellt. Je nach Ausführung dieser Chargiervorrichtung kann das Oberflächenprofil eingestellt werden, womit der Gas- und Feststofffluss im Festbett gezielt beeinflusst werden kann. Insbesondere kann, nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, mit einer Chargiervorrichtung, durch Auftei- lung des Schüttgutstromes, an mehreren Stellen chargiert werden.
Auch die bewegliche Ausführung einer erfindungsgemässen Chargiervorrichtung ist denkbar, womit gezielt einzelne Bereiche der Fläche, insbesondere des Festbettes mit, insbesondere vor- sortiertem, Schüttgut versorgt werden.
Die verfahrensmässige geeignete Streuung und Verteilung der Kohle auf die Bettoberfläche, wobei sich stückigere Kohle im tendentiell schlechter durchgasbaren Zentrum eines Einschmelz- vergasers befindet, führt dazu, dass die chargierte Kohle gleichmässiger dem heissen Gas ausge- setzt ist und kontinuierlich entgast. Plötzliche Materialbewegungen aus kälteren in heissere Berei- che werden verhindert und die Gasproduktion vergleichmässigt bzw. stabilisiert. Durch die Streuung der Kohle wird das unregelmässige Abfliessen vom mittleren Schüttkegel nach aussen verhindert.
Ein homogener Materialaufbau am Charbett (Bett der stückigen Kohle) wird dadurch sicherge- stellt und damit neben der Gasproduktion auch die Schlacke- und Roheisenzusammensetzung am Umfang (aktiver Bettbereich) vergleichmässigt. Diese Vergleichmässigung bewirkt eine homogenere Schlackenführung mit verbesserten Drainageverhalten. Dies wirkt sich wiederum positiv auf die Wärmetauscherfunktion im Festbett, sowie die Roheisenqualität aus
Durch die vorbestimmte Streuung der Kohle auf die Charbettoberfläche wird der Materialfluss von einem mittleren Schüttkegel ausgehend verhindert.
Plötzliches, unkontrolliertes Abrutschen eines grösseren Volumens an Kohle nach aussen ist nicht mehr möglich
Die Streuung der Kohle auf die Bettoberfläche vermindert die Bildung von Agglomeraten, wel- che den Materialfluss im Vergaser stören, weil keine übergrosse Materialanhäufung gegeben ist, die sich im gleichen Pyrolysestadium befindet.
Weiters erfolgt durch die Streuung eine gleichmässige Entgasung, da die Kohle direkt in den Durchgasungsbereich chargiert wird und nicht unkontrolliert abrutscht, und so plötzlich entgast.
Die symmetrisch gleichmässig verteilte Kohle hat weiters den Vorteil, dass sie homogen mit dem DRI am Umfang vermischt wird. Gleichmässige Roheisen- und Schlackenmenge sowie deren annähernd konstante Zusammensetzung am Umfang verbessern die metallurgischen Bedingungen im Vergaserbett oberhalb der Sauerstoffdüsen. Die Schlacke kann so leichter abfliessen und die Durchgasungs- und Dramageverhaltnisse verbessern sich.
Bei Verwendung einer unbeweglichen, stationären, insbesondere antnebslosen, Chargiervor-
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richtung die sich oberhalb des Zentrums des Vergasers befindet, wird nach einer Ausführungsform der Erfindung die Kohle, insbesondere rotationssymetrisch, auf eine grosse Fläche verteilt, wobei in das Zentrum des Vergasers keine Kohle chargiert wird. Die stückige Kohle gelangt durch Segrega- tion in das Zentrum und in den Bereich des Toten Mannes. Damit wird erreicht, dass der Tote Mann mit stückiger Kohle versorgt und damit die Drainage bis hin zum Abstich verbessert wird. Der DRI-Anteil in dem Bereich, wo der Wärmefluss aufgrund niedriger Gasgeschwindigkeit gering ist (schlechte Wärmeleitung), ist dabei gering zu halten.
Durch die solcherart gezielte Ausbildung des Charbett-Oberflächenprofiles und die gesteuerte Korngrössenverteilung über die Querschnittsfläche kann die Gasströmung und das Abfliessen der Flüssigphase beeinflusst werden. Die Bedingungen für den Wärmetausch im Festbett bessern sich, womit der Energiebedarf reduziert wird. Das Fernhalten der Gasströmung von der Wand schützt die Feuerfestauskleidung.
Durch Versorgung der Mitte des Einschmelzvergaserfestbettes mit grobstückiger Kohle wird der Tote Mann mit einem grösseren Lückenvolumen ausgebildet, womit es möglich ist, Wärme ver- stärkt durch Gasfluss in diesen Bereich zu transportieren und der Flüssigphase die Möglichkeit zu geben, in diesem Bereich abzufliessen und die Störungen oberhalb der Vergasungszone zu mini- mieren. Eine Vergleichmässigung der Durchgasung reduziert den Staubgehalt im Prozessgas. Damit ergibt sich eine geringere Staubfracht in den Reduktionsschacht, eine Entlastung der Staubrück- führung und weniger Schlammverluste im Prozess.
Einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zufolge ist die Anbringung einer Chargier- vorrichtung vorgesehen, die den Schüttgutstrom in mehrere Teilströme unterteilt und so durch direkte oder indirekte Verteilung stückigere Kohle in das Zentrum, oder an einen anderen durch das Verfahren vorbestimmten Ort, insbesondere des Einschmelzvergasers, chargiert
Kombinationen von Chargiervorrichtungen, die sich direkte und/oder indirekte Verteilung zu Nutze machen, sind weitere Ausführungsformen der Erfindung.
Die Erfindung ist weiters durch ein erfindungsgemässes Verfahren zum Verteilen eines stücki- gen Schüttgutes, insbesondere einer stückigen Kohle, aus einem Schüttgutstrom auf eine ausge- dehnte Fläche, insbesondere auf ein Festbett, wobei sich diese Fläche vorzugsweise in einem Reaktor oder Behälter der physikalischen oder chemischen Verfahrenstechnik, insbesondere in einem Reaktor eines Hüttenwerkes zur Erzeugung von Roheisen oder Stahlvorprodukten, er- streckt, und das stückige Schüttgut über eine Chargiervorrichtung chargiert wird, wobei es durch ein Mittel zum Radialverteilen - von oben gesehen - in radialer, nach aussen weisender, Richtung verteilt wird, gekennzeichnet, wobei weiters das Schüttgut, vor dem Auftreffen auf das Mittel zum Radialverteilen, an einem Mittel zum Streuen - von oben gesehen - in radialer und tangentialer Richtung gestreut wird.
Nach einem Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens wird vor dem Streuen des Schüttgu- tes, der Schüttgutstrom in einem, vorzugsweise ersten, Schritt des Verfahrens zentriert, indem der Schüttgutstrom auf ein Mittel zum Zentrieren gefördert wird, und das Schüttgut durch eine Anzahl von zentrierenden Öffnungen des Mittels zum Zentrieren fliesst, wobei ein gegebenenfalls auftre- tender Überlauf des Schüttgutes durch mindestens ein Mittel zum Ableiten, insbesondere durch eine weitere Öffnung, abfliesst.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bildet das Schüttgut auf dem Mittel zum Zentne- ren einen Schüttkegel aus.
Nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung wird, insbesondere unter Ausnutzung einer Segregation, ein grobkörniger Anteil des Schüttgutes, welcher eine mittlere Korngrösse aufweist, die grösser als die mittlere Korngrösse des gesamten verteilten Schüttgutes ist, auf einen vorbe- stimmten Bereich der Fläche, insbesondere auf ein Zentrum der Fläche, chargiert, wobei auf diese Weise eine, vorzugsweise stationäre, vordefinierte Korngrössenverteilung erzeugt wird.
Als Korngrössenverteilung wird definitionsgemäss der mengenmässige Anteil jeder Kornfraktion an einem Ort, zur gesamten Menge der Körner an diesem Ort bezeichnet.
Mit einem sogenannten stationären Verhalten der Korngrössenverteilung wird definitionsgemäss das Vorliegen einer bezüglich dem jeweiligen Ort zeitlich annähernd konstanten Korngrössenvertei- lung bezeichnet Weiters zeigt nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung auch die Menge der Körner einer Fraktion in Abhängigkeit vom Ort der Fläche im Verhältnis zur Gesamtmenge der Körner der jeweiligen Fraktion der Fläche ein, im wesentlichen, zeitlich unabhängiges Verhalten.
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Die Erfindung ist weiters durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Verteilen eines stücki- gen Schüttgutes, insbesondere einer stückigen Kohle, aus einem Schüttgutstrom auf eine ausge- dehnte Fläche, insbesondere auf ein Festbett, wobei sich diese Fläche vorzugsweise in einem Reaktor der physikalischen oder chemischen Verfahrenstechnik, insbesondere in einem Reaktor eines Hüttenwerkes zur Erzeugung von Roheisen oder Stahlvorprodukten, erstreckt, bei welcher zum Chargieren des stückigen Schüttgutes eine Chargiervorrichtung vorgesehen ist, die mindes- tens ein Mittel zum Radialverteilen des Schüttgutes in - von oben gesehen - radiale, nach aussen weisende, Richtung aufweist, gekennzeichnet, wobei weiters die Chargiervorrichtung vor dem Mittel zum Radialverteilen mindestens ein, im oberen Teil des Reaktors angeordnetes, vorzugs- weise feststehendes,
Mittel zum Streuen des Schüttgutes aufweist, wobei zumindest ein Anteil des Schüttgutes in - von oben gesehen - radiale und tangentiale Richtung verteilbar ist.
Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung wird das Schüttgut in einem ersten Schritt gleichmä- #ig gestreut, und in einem zweiten Schritt radial nach aussen verteilt.
Die Radialverteilung ist nach einer bevorzugten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass ein bestimmter Flächenteil durch das Mittel zum Radialverteilen abgeschattet, und damit mit wenig Schüttgut beladen wird Ein, aus dem Stand der Technik bekannter, Streukegel bewirkt nicht nur eine Radialverteilung, sondern auch die Abschattung eines vorbestimmten Bereiches einer Fläche.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Mittel zur Radialverteilen als feststehende unterhalb des Mittels zum Streuen angeordnete Vorrichtung ausgeführt.
Nach einem Merkmal der erfinderischen Vorrichtung weist das Mittel zum Radialverteilen einen rotationssymetrischen, sich entgegen dem Schüttstrom verjüngenden, insbesondere kegelförmi- gen, Teil, und gegebenenfalls einen stabförmigen Teil auf, wobei der sich verjüngende Teil gege- benenfalls an den stabförmigen Teil in Richtung des Schüttgutstromes zentrisch anschliesst.
Nach weiteren Ausführungsformen sind auch konvexe und konkave Gebilde, sowie im wesent- lichen pyramidale Körper, und weiters Kombinationen daraus möglich, soweit sie die Funktion einer radialen Verteilung des Schüttgutes bewirken.
Der gegebenenfalls vorhandene stabförmige Teil des Mittels zur Radialverteilung dient auch zur Fixierung sowie Positionierung des kegelförmigen Teiles.
Der kegelförmige Teil bewirkt eine radiale Verteilung des Schüttgutes, indem das Schüttgut von der Mantelfläche abprallt, oder an dieser entlang gleitet, und so einer spezifischen Verteilung unter- liegt.
Dabei wird der Teil der Fläche, insbesondere der Festbettoberfläche, welcher durch den Kegel bzw., im Falle eines Abprallens und Abgleitens des Schüttgutes am Kegelmantel, durch seine verlängert gedachte Mantelfläche, verdeckt und abgeschattet wird, durch direkte Verteilung mit weniger Schüttgut beladen, als es dem Durchschnitt des anderen Teiles der Fläche entspricht.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der sich verjüngende Teil des Mit- tels zur Radialverteilung mindestens einen Kegel oder Kegelstumpf mit einem Öffnungswinkel der Mantellinie zur Mittellinie von weniger als 60 , vorzugsweise im Bereich von 10-60 auf.
Dabei ist das Mittel zum Radialverteilen aus hitze- und verschleissbeständigem Material gefer- tigt und/oder weist sogenannte Materialpolster auf. Bevorzugt weist der Kegel oder Kegelstumpf an seiner Grundfläche einen Durchmesser von 50% des Durchmessers des Mittels zum Streuen bzw. des Aufgabequerschnittes auf.
Nach einem Merkmal der Erfindung ist vor dem Mittel zum Streuen mindestens ein Mittel zum Zentrieren des Schüttgutstromes vorgesehen.
Damit ist gewahrleistet, dass der Schüttgutstrom zentral auf das Mittel zum Streuen trifft.
Weiters ist die Erfindung durch ein Mittel zum Streuen gekennzeichnet, dass bevorzugt zur Verwendung in einer Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 geeignet ist, wobei das Mittel zum Streuen eine Anzahl von miteinander verbundenen stabförmigen und/oder flächigen Elementen aufweist, die gemeinsam annähern die Form eines entgegen der Richtung des Schüttgutstromes sich verjüngenden, insbesondere pyramidalen, mehrere Öffnungen aufweisenden, Körpers be- schreiben.
Weiters ist die Erfindung durch ein Mittel zum Streuen gekennzeichnet, dass bevorzugt zur Verwendung in einer Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 geeignet ist, wobei das Mittel zum Streuen eine Anzahl von Ringen aufweist, die gemeinsam annähernd die Form eines entgegen der
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Reichtung des Schüttgutstromes sich verjüngenden, insbesondere kegelförmigen, mehrere Öff- nungen aufweisenden, Körpers beschreiben, und entlang zumindest einer Mantellinie miteinander verbunden sind.
Insbesonders handelt es sich dabei um einen pyramidalen Körper, dessen Kantenlinien seines gedachten Mantels durch Stege, insbesondere rotationssymetrischen Querschnitts, verbunden sind.
Der, vorzugsweise gebündelte, Schüttgutstrom wird dabei gleichmässig, beispielsweise auf das Charbetts (Bett der stückigen Kohle) des Einschmelzvergasers, verteilt bzw gestreut.
Das Schüttgut wird dabei durch, oft mehrmalige, Ablenkung einer Streuung unterzogen, wobei durch die besondere erfindungsgemässe Konstruktion eine, gegenüber dem Stand der Technik, deutlich gleichmässigere Streuung des Schüttgutes erreicht wird.
Erfindungsgemäss erfolgt eine Verteilung des Schüttgutes, wobei das Schüttgut in einer Ebene normal zur Richtung des Schüttgutstromes, bzw. - von oben betrachtet - in radiale und tangentiale Richtung verteilt wird
Ein im Stand der Technik bekannter Streukegel, wie in EP-A-0076472 gelehrt, bewirkt dahin- gegen hauptsächlich eine Verteilung des Schüttgutes in - von oben gesehen - radiale Richtung innerhalb eines engen Ringes.
Darüber hinaus streut das erfindungsgemässe Mittel zum Streuen ausgehend vom Schüttgut- strom - von oben gesehen - nicht nur radial nach aussen, sondern auch radial nach innen Durch die besondere Form des sich verjüngenden, insbesondere pyramidalen, Körpers wird erfindungs- gemäss eine radiale Streuung bewirkt, wobei allerdings tendentiell mehr Material nach aussen, in einen grösseren Radius, als nach innen, in einen kleinen Radius gestreut wird.
Nach einem weiteren erfindungsgemässen Merkmal weist das Mittel zum Streuen eine Anzahl von annähernd ringförmigen Körpern auf, die annähernd die Form eines entgegen der Richtung des Schüttgutstromes sich verjüngenden, insbesondere kegelförmigen, Körpers beschreiben
Nach einer besonderen Ausführungsform sind die ringförmigen Körper entlang einer oder meh- rerer Mantellinien miteinander verbunden.
Das Mittel zum Streuen muss nach einem weiteren Merkmal des gesamten Querschnitt des Schüttgutstromes abdecken.
Nach einem zusätzlichen Merkmal sind die Öffnungen am Mittel zum Streuen dabei zumindest so gross wie die maximale Grösse des zu chargierenden Materials.
Die stab-, ringförmigen oder flächigen Elemente sind nach einer Ausführungsform der Erfin- dung aus verschleiss- und schlagfesten, hitzbeständigen Materialien gefertigt, und/oder weisen bevorzugt einen rechteck- oder dreieckförmigen Querschnitt auf.
Weiters ist die Erfindung durch ein Mittel zum Zentrieren eines Schüttgutstromes zur Verwen- dung in einer Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10 oder 11, mit mindestens einer zentrierenden Öffnung gekennzeichnet, wobei mindestens ein Mittel zum Ableiten, vorzugsweise eine weitere Öffnung, vorgesehen ist, wodurch ein gegebenenfalls beim Zentrieren des Schuttgutstromes auftretender Überlauf an Schüttgut ableitbar ist.
Nach einem Merkmal der Erfindung ist das Mittel zum Zentrieren als Zentrierblech ausgeführt, welches ein kreisringförmiges Blech mit einem inneren und äusseren Radius aufweist, von welchem mindestens ein Teilbereich, insbesondere ein Kreisnngsegment oder ein Kreisringsektor entfernt wurde.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Zentrierblech derart ausgeführt, dass von dem kreisringförmigen Blech, ein Kreisringsegment mit einem Zentriwinkel von 180 entfernt wur- de
Das Zentrierblech in einer Chargiervorrichtung dient zur Konzentration und Zentrierung des Schüttgutstromes bzw. des Schüttgutes selbst, das beispielsweise durch Schneckenförderer aus einem Bunker gefördert wird. Ein derartiger Austrag führt immer zu einer Abwurfkurve, die je nach Drehzahl bzw. Förderleistung variiert.
Dabei ist das Zentrierblech in einer Weise ausgeführt, dass es mindestens eine erste Öffnung, welche das Zentneren des Schüttgutes bezweckt, sowie mindestens ein Mittel zur Ableitung, vorzugsweise eine Öffnung zur Ableitung eines gegebenenfalls auftretenden Überlaufes, aufweist.
Ein derartiger Überlauf bildet sich, wenn die erfindungsgemässe erste, bündelnde, Öffnung verlegt oder verstopft ist
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Insbesondere ist dieses Zentrierblech derart ausgeführt, dass von einem kreisringförmigen Blech mit einem inneren und äusseren Radius, mindestens ein Teil, insbesondere mindestens ein Kreissektor oder Kreisringsegment entfernt wurde.
Alternative Ausführungen weisen beispielsweise gewölbte bzw. trichterförmige Zentrierbleche auf.
Die zentrierende Öffnung des Zentrierbleches stellt sich bei einer kreisringförmigen Ausbildung, in vorteilhafter Weise als die durch den Kreisring begrenzte zentrische Öffnung des Bleches dar.
Die weiteren Öffnungen, die dem Mittel zum Ableiten entsprechen, können so vorgesehen sein, dass sie an die zentrierende Öffnung anschliessen, und auf diese Weise strukturell von dieser ununterscheidbar sind. Allerdings besteht eine funktionelle Trennung, da diese weiteren Öffnungen zur Ableitung des Überlaufes dienen.
Das Zentrierblech einer Chargiervorrichtung ist derart angeordnet, dass das Fördermittel, ins- besondere besagte Förderschnecken, das Stückgut auf das Zentrierblech fördert, und vorzugswei- se dabei jenen Teil des Bleches nicht belädt, welcher das Mittel zum Ableiten, beispielsweise die zusätzlichen weiteren Öffnungen zum Abfliessen des Materiales, welches sich bei Verlegen der ersten zentrierenden Öffnung am Zentrierblech ansammelt, aufweist.
Dabei bildet sich auf dem Zentrierblech in einer besonders bevorzugten Weise ein Schüttkegel aus, von welchem Material durch besagte erste, zentrierende, Öffnung fliesst, und solcherart zent- riert wird.
Durch die erfindungsgemässe Konstruktion ist gewährleistet, dass bei einem, insbesondere kurzfristigen, Verlegen der zentrierenden Öffnung des Zentrierbleches, das Schüttgut über besag- tes Mittel zum Ableiten abfliessen kann.
Gegenüber der im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zum Zentrieren des Schüttgut- stromes werden eine Reihe von Vorteilen erreicht'
Insbesondere bei einer Beschickung mittels Förderschnecke muss die parabelförmige Bahn des Schüttgutstromes berücksichtigt werden. Die dabei auftretende Horizontalgeschwindigkeit führt zu einem vordefinierten Versatz des Schüttgutstromes und somit zu einem exzentrischen Auftreffen auf die Materialverteilungs-Vorrichtung.
Zusätzlich kann bei Verwendung einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung, bei- spielsweise einem Rohr mit sich verringerndem Durchmesser, durch Änderung der Durchsatzmen- ge ein Verstopfen oder Verlegen des Mittels zum Zentrieren des Schüttgutstromes erfolgen. Die Ausführung des erfindungsgemässen Zentrierbleches weist dahingegen ungeachtet einer oder mehrerer zentrierender Öffnungen mindestens ein Mittel zum Ableiten des Materiales bei Überlauf auf.
Die Grösse der bündelnden Öffnung ist nach einer Ausführungsform der Erfindung mindestens das 6 bis 10-fache des maximalen Durchmessers des geförderten Schüttgutes
Durch den Aufbau des Schüttkegels und durch das solcherart herbeigeführte Abrutschen des Schüttgutes am Schüttkegel durch die zentrierende Öffnung erfolgt gegenüber dem Stand der Technik eine weitaus geringere mechanische bzw. thermomechanische Beanspruchung der Vor- richtung. Das Mittel zum Zentrieren ist darüber hinaus aus hochwarmfesten und hochverschleissfes- ten Werkstoffen gefertigt.
Im folgenden werden nicht einschränkende Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert Es zeigen:
Fig. 1 schematisch die Kohleverteilung in emem Einschmelzvergasers am Beispiel einer stationären Chargiervorrichtung
Fig. 2 eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemässen stationären Chargier- vorrichtung
In Fig. 1 ist schematisch die Kohleverteilung in einem Einschmelzvergaser 1 skizziert. Dabei wird ausgehend von einer stationären Chargiervorrichtung 2 die Kohle in den Einschmelzvergaser eingebracht. Zusätzlich sind eine DRI - Einbringung 3, beispielsweise durch mehrere konzentnsch bezüglich der Kohleeinbringung angeordnete Öffnungen, eine Staubruckführung 4, eine Sauerstoff- Einleitung 5, sowie ein Schlacken- und Roheisenabstich 15 und eine Gasableitung 6 am Ein- schmelzvergaser 1 vorgesehen.
Die Kohle wird gleichmässig über das rotationssymmetrische Bett 7 des Einschmelzvergasers 1 verteilt, wobei durch die besondere Ausführung der Chargiervorrichtung 2 in das Zentrum keine
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oder zumindest wenig Kohle chargiert wird. Die Verteilung der Kohle durch direkte Einbringung ist in Fig. 1 schematisch dargestellt, wobei insbesondere ein Profil der Kohleverteilung 8 schematisch skizziert ist. Demnach ist der Massenstrom pro Fläche im Bereich des halben Radiuses deutlich höher als im Zentrum des Bettes.
Durch Segregation erfolgt eine Veränderung der Kohleverteilung sowie insbesondere der Korngrössenverteilung des Charbettes, indem grössere stückigere Kohle in das Zentrum des Bettes abrutscht und so in die Zone des sogenannten Toten Mannes 9 gelangt. Toter Mann und Herd werden auf diese Weise mit stückigerer Kohle (Char) versorgt. Durch die besondere Verteilung der insbesondere stückigeren Kohle erfolgt eine Aufweitung des aktiven Charbettes, welches in weite- rer Folge zu einer verstärkten Mitteldurchgasung führt.
In Fig. 2 ist schematisch eine erfindungsgemässe, stationäre Chargiervorrichtung 2 dargestellt Diese Chargiervornchtung weist ein Konzentrierblech 10 auf, welches zur Konzentration des Schüttgutstromes, der wiederum durch Schneckenförderer aus einem Bunker gefördert wird, dient Dabei ist dieses Konzentrierblech 10 derart ausgeführt, dass von einem kreisringförmigen Blech ein bezüglich eines äusseren Durchmessers des Bleches symmetrischer halber Teil entfernt wurde Das Konzentrierblech weist eine bündelnde Öffnung 11 auf, sowie eine Öffnung 12 zur Ableitung des Überlaufes
Durch die Ausführung des erfindungsgemässen Konzentrierbleches bleibt ungeachtet der zent- rierenden Öffnung des Konzentrierbleches selbst, ein grosser Teil der Chargieröffnung des Ein- schmelzvergasers unabgedeckt, wodurch ein Überlaufen des Schüttgutes ermöglicht wird.
Unterhalb des Konzentrierbleches wird der gebündelte Schüttgutstrom durch ein Mittel zur Streuung 13, im dargestellten Fall durch einen Kohleriffler, eine besondere Ausführung eines Deflektors, gleichmässig in den freien Raum, bzw. auf die Fläche des Charbettes des Einschmelz- vergasers, verteilt Versuche haben ergeben, dass die Form des Kohlerifflers grossen Einfluss auf die Qualität der Verteilung der Kohle auf das Charbett besitzt, wobei sich die dargestellte Form des Kohlerifflers besonders bewähren konnte. Der Kohleriffier 13 weist dabei eine angenähert pyrami- dale Form auf, und ermöglicht so eine Streuung des Schüttgutes.
Unterhalb des Kohlerifflers 13 befindet sich ein Mittel zur Radialverteilung 14, mit einem Kegel, das eine Beschickung des Zentrums des Charbettes unterbindet oder zumindest die in diesen Bereich chargierte Menge an Schüttgut verringert. Dieser Kegel, kann nach einer weiteren erfin- dungsgemässe Ausführung an einem zylinderförmigen Teil befestigt sein, und weist insbesondere einen Öffnungswinkel zwischen Mantellinie und Mittellinie von etwa 10-60 auf. Besonders bevor- zugt ist dabei ein Öffnungswinkel von 30 bis 45 .
Sämtliche Teile der hier vorgestellten Vorrichtung müssen an die Umgebungsbedingungen in ihrem jeweiligen Einsatzgebiet angepasst werden. Bei einer Verwendung in einem Einschmelzver- gaser gelangen zu einem überwiegenden Teil hochwarmfeste, hoch verschleissfeste Werkstoffe zur Anwendung. Darüber hinaus kann an eine Feuerfestauskleidung jener Teile gedacht werden, die besonders hohen Temperaturen ausgesetzt werden.
Solche Teile der hier dargestellten Vorrichtung, die erfahrungsgemäss einer besonderen ver- schleissbedingten Belastung ausgesetzt sind, werden zusätzlich durch Panzerungen, beispielswei- se durch Aufschweissung von hochverschleissfesten Blechen, geschützt.
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