DE2134959C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Reduktion von stückigen Metallerzen - Google Patents

Description

Die Herstellung von Schwammeisen in einem Reaktor mit vertikalem Schacht und wandernder Beschickungssäule umfaßt gewöhnlich zwei Hauptstufen, nämlich die Reduktion des Erzes in einer Reduktionszone mit einem geeigneten heißen reduzierenden Gas, welches sich typischerweise weitgehend aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff zusammensetzt, bei Temperaturen in der Größenordnung von 850 bis 1100⁰C, vorzugsweise 900 bis 1000⁰C, und die Abkühlung des resultierenden Schwammeisens mit einem gasförmigen Kühlmittel auf eine Temperatur in der Größenordnung von beispielsweise 100 bis 200⁰C, vorzugsweise unterhalb 100⁰C. Bei mehreren bekannten Verfahren wird das Kühlen des Schwammeisens dadurch ausgeführt, daß man einen Teil des reduzierenden Gases mit einer verhältnismäßig niedrigen Tempe-

ratur durch die Kühlzone des Reaktors aufwärts führt, wodurch die Temperatur des reduzierenden Gases gesteigert wird und die Temperatur des Schwammeisens herabgesetzt wird. Dabei wird zusätzliches heißes reduzierendes Gas an der Unterseite der Reaktionszone des Reaktors eingeführt

Diese Arbeitsweise hat den Nachteil, daß sie keine vollständig unabhängige Kontrolle der Reduktion und Kühlstufe des Verfahrens gestattet Das Schwamireisenprodukt v/ird üblicherweise als Beschickung oder als Teil der Beschickung eines elektrischen Stahlherstellungsofens verwendet Es hat sich herausgestellt, daß bei der Verwendung für diesen Zweck das Schwammeisen karburiert sein sollte. Eine solche Karburierung kann zweckmäßigerweise dadurch ausgeführt werden, daß man als Kühlmittel ein kohlenstoffhaltiges Gas verwendet, welches crackt, wenn es über das heiße Schwammeisen geführt wird, und dort Kohlenstoff abscheidet Um jedoch einen ganz bestimmten Karburisierui.gsgrad wie auch den erwünschten Kühleffekt zu erzielen, sollte die Zusammensetzung und die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlgases unabhängig von den in der Reduktionszone des Ofens herrschenden Bedingungen kontrollierbar sein.

Es ist weiterhin wichtig, daß das Schwammeisen ausreichend abgekühlt ist bevor es aus dem Reaktor ausgetragen wird, da es sich leicht wieder oxydiert, wenn es mit einer zu hohen Temperatur der atmosphärischen Luft ausgesetzt wird. Aus diesem Grunde ist es erwünscht daß die Zusammensetzung, die Strömungsgeschwindigkeit und/oder die Temperatur des Gases in der Reduktionszone und in der Kühlzone unabhängig kontrollierbar sind. Wenn jedoch verschiedene Gasströme in den beiden Zonen verwendet werden, dann besteht die Neigung, daß sich die Gase an der Verbindung der beiden Zonen mischen und unbestimmte Änderungen in den Eigenschaften des einen und/oder anderen Gases entstehen.

Aus der DE-ÜS 19 14 400 ist ein Verfahren zur direkten Reduktion von Eisenoxyden zur Herstellung von metallischen Eisen bekannt Dabei wird das stückige Eisenerz in einem Reaktor mit vertikalem Schacht und bewegtem Bett der eine Reduktionszone für die Erzreduktion im oberen Teil und eine KUhlzone im unteren Teil aufweist reduziert Am unteren Ende der Reduktionszone wird heißes Reduktionsgas in den Ofen eingeführt und durch das in der Reduktionszone befindliche stückige Erz hindurchgeführt. Bei dem bekannten Verfahren wird ein Kühlgas mit vorbestimmter Geschwindigkeit an einem Ende der Kühlzone zu-, durch die darin befindlichen reduzierten Metallteilchen hindurch und am anderen Ende der Kühlzone wieder abgeführt. Eine Kontrolle, durch welche das Vei mischen des umlaufenden Kühlgases in der Kühlzone mit dem reduzierten Gas in der Reduktionszone vermieden wird, ist bei dem bekannten Verfahren nicht vorgesehen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichf"<» zu schaffen, die eine weitgehend unabhängige Kontrolle des Gasflusses in der Reduktionszone und in der Kühlzone eines Erzreduktionsreaktors mit vertikalem Schacht und bewegtem Bett gestattet. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche eine solche Kontrolle gestatten, wobei gleichzeitig die Mischung der beiden Gasströme gering ist

Die Erfindung ist in den Patentansprüchen angegeben.

Nachfolgend werden das Verfahren und die Vorrichtung anhand der Reduktion von Eisenerz in Eisenschwamm erläutert Es ist jedoch selbstverständlich, daß sie auch auf die Behandlung vor. anderen Erzen als s Eisenerz anwendbar sind.

Fig. 1 erläutert schematisch ein Schwammeisenherstellungssystem, bei dem gesonderte Gasströme der Reduktionszone und der Kühlzone des Reaktors zugeführt werden und bei dem die Mischung der Gase

ίο dadurch gering gehalten wird, daß praktisch kein Druckunterschied zwischen der Reduktionszone und der Kühlzone besteht

Fig.2 zeigt ein ähnliches System, bei dem die Mischung der Gase dadurch gering gehalten wird, daß der Gaszufluß zur und der Gasabfluß von der Kühlzone direkt kontrolliert werden.

Fig.3 zeigt ein System, bei dem das reduzierende Gas und das kühlende Gas zur Oberseite bzw. zur Unterseite der Reduktionszone und der Kühlzone geführt werden.

Gemäß F i g. 1 besitzt ein Reaktor 10 mit vertikalem Schacht eine Reduktionszone 12 im oberen Teil und eine Kühlzone 14 im unteren Teil. Der Reaktor 10 ist wärmeisoliert und innen mit einem feuerfesten Material ausgekleidet wie es in der Technik allgemein üblich ist. Das zu behandelnde stückige Erz wird in den Reaktor 10 durch ein Beschickungsrohr 16 eingeführt Das einzuführende Erz kann die Form von Klumpen oder vorzugsweise von Pellets besitzen. Es fließt durch die Reduktionszone nach unten, wobei es weitgehend durch das aufwärtsströmende reduzierende Gas in Schwammeisen reduziert wird. Hierauf fließt es durch die ^Kühlzone 14, in welcher es durch aufwärtsströmendes Kühlgas gekühlt wird, worauf es dann den Reaktor durch ein Austrittsrohr 18 verläßt

An der Verbindungsstelle der Reduktionszone und der Kühlzone befindet sich ein inneres kegelstumpfförmiges Leitblech 20, welches die nach unten fließenden Erzteilchen zu einem Durchtritt 22 führt, der in die

■to Kühlzone 14 überleitet Das Leitblech 20 erstreckt sich durch die Wand des Reaktors und bildet einen Teil einer ringförmigen Vorkammer 24, die sich um die Außenseite des Reaktors erstreckt und ein Mittel für die Einführung des reduzierenden Gases in die Reduktionszone durch

i- einen Spalt zwischen der Reaktorwandung und dem Leitblech 20 darstellt.

In der Nähe der Unterseite des Reaktors 10 findet sich ein kegelstumpfförmiges Leitblech 26, welches gemeinsam mit der Reaktorwandung einen ringförmi gen Raum 28 definiert durch den das Kühlgas in den Körper aus Erzteilchen in der Kühlzone 14 fließt. Gegebenenfalls kann der Reaktor 10 mit einem erhöhten Druck betrieben werden, in welchem Fall für die Einführung des Erzes an der Oberseite des Reaktors und für die Abführung des Schwammeisens an der Unterseite des Reaktors eine geeignete Beschickungsund Austrageinrichtung vorgesehen ist, die es gestattet, den gewünschten Druck im Reaktor aufrechtzuerhalten. Reduzierendes Gas wird in typischer Weise in einem

6« Reformer 30 bekannter Type hergestellt (siehe linker Teil von Fig. 1). Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführiingsform des Reformers werden Erdgas und Dampf vorerhitzt, indem sie durch Schlangen im Kamuiteil 32 des Reformers hindurchgefühlt werden,

tr> und ein Gemisch aus vorerhitztem Erdgas und Dampf wird durch ein erhitztes Katalysatorbett im unteren Teil 34 des Reformers strömen gelassen, wobei die Gase in ein Gasgemisch umgewandelt werden, das weitgehend

aus Kohlenmonoxyd, Wasserstoff und Wasserdampf besteht. Das Gasgemisch strömt dann durch ein Rohr 36 zu einem Abschreckkühler 38, in welchem das Gas abgeschreckt wird, um den größten Teil des Wasserdampfs zu entfernen. Beim Verlassen des Kühlers 38 strömt das Gas durch ein Rohr 40 und ein Rohr 43, zu einem Strömungsregler 44, der so arbeitet, daß eine bestimmte Strömung an reduzierendem Gas zum Reaktor aufrechterhalten wird.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten System wird das reduzierende Gas in mehreren Stufen auf die gewünschte Reduktionstemperatur von beispielsweise 900 bis 1000⁰C erhitzt So fließt der geregelte Gasstrom nach dem Verlassen des Reglers 44 durch einen Wärmeaustauscher 46 in Wärmeaustausch mit dem austretenden Kühlgas, wie es weiter unten näher beschrieben wird, und dann durch einen Schlangenerhitzer 48, der mit Gas befeuert oder anderweitig erhitzt wird, um die Temperatur des reduzierenden Gases in die Größenordnung von 700 bis 850⁰C zu bringen. Da die Reduktionstemperatur günstigerweise im Bereich von 900 bis 1000⁰C liegen soll, wird die Temperatur des den Erhitzer 48 verlassenden reduzierenden Gases weiter angehoben, indem eine verhältnismäßig kleine Menge Luft oder Sauerstoff durch ein Rohr 50 zugeführt wird, welches einen kleinen Teil des reduzierenden Gases verbrennt um die Temperatur des Gemischs auf den gewünschten Wert anzuheben. Insbesondere in den Fällen, in denen Luft als Oxydationsmittel verwendet wird, wird das Oxydationsmittel günstigerweise auf annähernd die Temperatur des reduzierenden Gases vorerhitzt, mit dem es gemischt wird. Eine solche Vorerhitzung kann beispielsweise in einem Schlangenerhitzer erfolgen, wie z. B. der Schlangenerhitzcr 45. Die Zugabe von Luft oder Sauerstoff zum reduzierenden Gas kann beispielsweise so vorgenommen werden, wie es in der US-Patentschrift 29 00 247 beschrieben ist. Das auf diese Weise hergestellte reduzierende Gas fließt in die Vorkammer 24 und durch die Reduktionszone 12 nach aufwärts, wie dies oben beschrieben wurde.

Verbrauchtes reduzierendes Gas verläßt den Reaktor durch das Abgasrohr 52 und fließt zu einem mit Wasser gekühlten Abschreckkühler 54. Beim Verlassen des Abschreckkühlers 54 kann der Gasstrom in mehrere Unterströme geteilt werden. Wenn es beispielsweise erwünscht ist einen Teil des reduzierenden Gases zurückzuführen, dann kann das zurückgeführte Gas durch ein Rohr 56, welches einen Kompressor 57 und ein Regulierventil 60 aufweist, zum Rohr 43 fließen gelassen werden, in welchem es mit dem frisch hergestellten reduzierenden Gas vereinigt wird. Der Kompressor 57 kann so gebaut sein, daß seine Kapazität etwas größer ist, als sie für die Rückführung der gewünschten Menge reduzierenden Gases erforderlich ist, und er kann mit einer Umwegleitung 58 und einem Druckregler 59 versehen sein, der so arbeitet, daß der Abgabedruck des Kompressors weitgehend konstant ist

Ein weiterer Teil des verbrauchten reduzierenden Gases kann durch ein Sperrventil 62 und ein Rohr 64, welches ein Ventil 66 aufweist, zu einem Vorratsbehälter für Brenngas geführt werden. Das verbrauchte reduzierende Gas, welches weder zurückgeführt wird noch zum Vorratsbehälter fließt strömt durch ein Rohr 68 zu einem Kamin 70. Das Rohr 68 ist mit einem automatischen Druckregler 72 versehen, durch welchen ein geeigneter Rückdruck auf das Gasreduktionssystem ausgeübt wird. Es wird darauf hingewiesen, daß das gesamte verbrauchte reduzierende Gas durch ein oder mehrere der oben beschriebenen drei Wege strömen gelassen werden kann. Für einen wirtschaftlichen Betrieb wird jedoch zumindest ein Teil des verbrauchten reduzierenden Gases zurückgeführt.

Wie oben erwähnt, wird das reduzierte Erz durch ein Kühlgas in der Kühlzone 14 des Reaktors gekühlt. Kühlgas (siehe den linken Teil von Fig. 1) betritt das System durch ein Rohr 80, welches mit einem automatischen Strömungsregler 82 verbunden ist. Es kann eine große Reihe von Kühlgasen verwendet werden, wie z. B. Wasserstoff, Kohlenmonoxyd, Gemische daraus, Methan oder ein anderes Kohlenwasserstoffgas, Kohlendioxyd oder Stickstoff. Die Auswahl des Kühlgases hängt beispielsweise davon ab, ob es erwünscht ist, das Schwammeisen nicht nur zu kühlen sondern auch zu karburieren, und auch davon, ob das verbrauchte Kühlgas später einen Teil des reduzierenden Gassystems darstellen soll.

Beim Eintritt des Kühlgases in das Kühlsystem fließt es zu einem Kompressor 84 mit einer Umwegleitung 86, die einen Druckregler 88 aufweist, der ähnlich dem Regler 59 derart arbeitet, daß ein konstanter Druck am Kompressorausgang aufrechterhalten wird. Das Kühlgas strömt dann durch ein Rohr 90, welches mit einem automatischen Strömungsregler 92 versehen ist, zum ringförmigen Raum 28 im Reaktor 10, dann durch die Kühlzone 14 zu einem ringförmigen Raum 94 nach oben, der durch das Leitblech 20 den Durchtritt 22 und der Wandung des Reaktors definiert wird. Wie bereits oben angedeutet kann in der Kühlzone 14 eine Karburierung des Schwammeisens dadurch bewirkt werden, daß man ein kohlenstoffhaltiges Kühlgas verwendet, welches crackt wenn es mit dem heißen Schwammeisen in Berührung kommt, wobei Kohlenstoff auf dem Schwammeisen abgelagert wird. Das erhitzte Kühlgas verläßt den Reaktor durch ein Rohr % und strömt durch einen üblichen Staubabscheider 98 zum Wärmeaustauscher 46, worin es einen Teil seiner Wärme zum reduzierenden Gas abgibt wie es oben beschrieben wurde.

Vom Wärmeaustauscher 46 fließt das Kühlgas zu und durch einen wassergekühlten Abschreckkühler 100 und wird dann durch ein Rohr 102, welches ein Ventil 103 aufweist zum Eintritt des Kompressors 84 zurückgeführt Ein Teil des zurückgeführten Gases wird dann durch ein Rohr 104 abgezweigt und strömt zum verbrauchten Teil des reduzierenden Gases des Systems, wie es in der Nähe der Oberseite der F i g. 1 zu sehen ist Wie in der Zeichnung erläutert kann dieses abgezweigte Gas durch ein Rohr 106, welches ein Ventil 108 aufweist, zur Schleife für das reduzierende Gas oder durch ein Rohr ί i0, weiches ein Ventil 112 aufweist zum Vorratsbehälter für Brennstoff oder zum Kamin 70 geleitet werden. Zwar ist es im allgemeinen erwünscht, eine geschlossene Kühlgasschleife, wie oben beschrieben, herzustellen, aber in besonderen Fällen kann das Ventil 103 geschlossen werden, wobei dann das gesamte Kühlgas, welches den Abschreckkühler 100 verläßt, durch das Rohr 104 strömen gelassen werden kann.

Wie oben bereits angedeutet, tritt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und beim erfindur.gsgemäßen Verfahren im Reaktor nur eine geringe Mischung des reduzierenden Gases und des Kühlgases statt Ein Differentialdruckregler 120 (siehe rechter Teil von Fig. 1) ist vorgesehen, welcher vermittels eines Rohre 122 durch den Druck in der Vorkammer 24 (bezeichnet Pi) und vermittels eines Rohres 124 durch den Druck im

ringförmigen Raum 94 (bezeichnet Fi) gesteuert wird. Der Differentialdruckregler 120 ergibt ein Signn!, beispielsweise einen pneumatischen Druck, der eine Funktion des Unterschieds zwischen den Drücken Pi und H2 darstellt, und dieses Signal wird dazu verwendet, die Einstellung eines Druckreglers 126 im Rohr 104 zu besorgen, wodurch der Rückdruck im Kühigasabzweigrohr 104 in einer solchen Weise geregelt wird, daß der Druck Pz weitgehend gleich dem Druck P\ wird. So wird also der Innenraum des Durchtritts 22 zu einer praktisch isobaren Zone, und eine Mischung des reduzierenden Gases und des Kühlgases wird dadurch verringert Es ist weiterhin erwünscht, obwohl nicht wesentlich, daß der Druck P₁ konstant gehalten wird, und daß die Strömung durch das Rohr 104 so eingestellt wird, daß der Druck P₂ auf den Wert des Drucks von P\ gebracht wird. Hierzu wird ein automatischer Druckregler 128 durch den Druck Pi in einem Rohr 130 gesteuert, und der Reglerausgang wird durch ein Rohr 132 zum Druckregler 72 geführt, um die Einstellung des letzteren Reglers in solcher Weise zu verändern, daß das verbrauchte reduzierende Gas mit einer solchen Geschwindigkeit abgelassen wird, daß der Druck P\ weitgehend konstant bleibt. Es hat sich herausgestellt, daß durch die Konstanthaltung des Drucks Pi in dieser Weise der Druck im Durchtritt 22 leichter isobar gehalten werden kann.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die dargestellte Vorrichtung die Verwendung einer gesonderten Schleife für reduzierendes Gas und einer gesonderten Schleife für Kühlgas (einschließlich Reduktionszone bzw. Kühlzone des Reaktors) gestattet. Die Zusammensetzung, die Strömungsgeschwindigkeit und die Temperatur des reduzierenden Gases und des Kühlgases können unabhängig kontrolliert werden, so daß jedes Gas seine Funktion in einer optimalen Weise erfüllen kann, und daß der gesamte Nutzeffekt des Reaktors verbessert wird.

Das in Fig.2 der Zeichnungen gezeigte System stimmt weitgehend mit dem von F i g. 1 überein, und deshalb werden nur die Unterschiede zwischen den Systemen von Fig. 2 und Fig. 1 beschrieben. Im Reaktor von Fig. i sind ein Leitblech 20 und ein Durchtritt 22 in der Nähe der Mitte des Reaktors vorgesehen, um den nach unten fließenden Körper von Erzteilchen in der Mitte des Reaktors zu konvergieren. In einigen Fällen ist die Natur des Erzes so, daß die Teilchen während der Reduktion zu einer Agglomeration neigen, und in solchen Fällen könnte eine Konvergierung des fließenden Erzbetts, wie sie im Reaktor von F i g. 1 eintritt, eine Störung des Flusses der Erzteilchen am Eingang des Drucktritts 22 zur Folge haben. Um diese Möglichkeit auszuschalten, ist das Leitblech im Reaktor von Fi g. 2 weggelassen.

Gemäß Fig.2 besitzt ein Reaktor 210 eine Reduktionszone 212 und eine Kühlzone 214, die den Zonen 12 und 14 von Fig. 1 ähnlich sind Das reduzierende Gas wird in den Reaktor durch eine Vorkammer 224 eingeführt, die der Kammer 24 ähnlich ist, und verläßt den Reaktor durch eine Austrittsleitung 25Z Kühlgas betritt einen ringförmigen Raum 228, der dem Raum 28 des Reaktors 10 ähnlich ist, und strömt durch die Kühlzone 214 nach oben. Jedoch unterscheidet sich der Reaktor 210 vom Reaktor 10 insofern, als die Abführung des Kühlgases durch eine ringförmige Vorkammer 400 und nicht durch den ringförmigen Raum 94 des Reaktors 10 erfolgt

Bei der Ausführung von Fi g. 2 wird das Mischen des Kühigases und des reduzierenden Gases dadurch verringert, daß der Gasstrom in und die Entfernung von Gas aus der Kühlzone weitgehend gleich gehalten wird. In F i g. 2 sorgt ein Strömungsregler 282, der dem Strömungsregler 82 von F i g. 1 ähnlich ist, für einen konstanten Fluß des Kühlgases in die Kühlgasschleife. Jedoch ist bei dem System von F i g. 2 der Druckregler 126 von F i g. 1 durch einen Strömungsregler 402 ersetzt, der so eingestellt ist, daß er den Kühlgasabstrom

ίο annähernd gleich dem Zustrom hält, was durch den Regler 282 besorgt wird, wodurch die Menge des Kühlgases in der Kühlzone weitgehend konstant gehalten wird. In der Praxis ist der Regler 402 gewöhnlich so eingestellt, daß etwas mehr Gas

!5 hindurchgeht als beim Regler 282, so daß ein leichter Fluß von reduzierendem Gas von der Reduktionszone zur Kühlzone besteht, wodurch sichergestellt wird, daß das reduzierende Gas nicht durch einen Strom von Kühlgas in die Reduktionszone verunreinigt wird.

Andererseits kann es in besonderen Fällen erwünscht sein, eine Verunreinigung des Kühlgases durch die reduzierenden Gase zu vermeiden, und in einem solchen Fall wird der Regler 402 so eingestellt, daß etwas weniger Gas hindurchgeht als durch den Regler 282.

Das System von F i g. 2 gestattet ähnlich wie das System von F i g. 1 eine unabhängige Kontrolle der Ströme aus reduzierendem Gas bzw. Kühlgas.

Bei den in den F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen wird ein Gegenstrom zwischen dem reduzieren- den Gas und dem absteigenden Erzteilchen verwendet, und außerdem wird auch ein Gegenstrom des Kühlgases verwendet. Zwar ist ein solcher Gegenstrom im allgemeinen erwünscht, aber es gibt auch Fälle, in denen ein Gleichstrom zwischen dem reduzierenden Gas und dem Erz vorteilhaft ist. Im allgemeinen ändert sich die Geschwindigkeit, mit der das Erz reduziert wird, direkt als Funktion der Temperatur des reduzierenden Gases. Es ist bekannt, daß die Temperatur des reduzierenden Gases ein besonders wichtiger Faktor bei der Bestimmung der Reduktionsgeschwindigkeit zu Beginn des Reduktionsprozesses ist. So kann unter gewissen Bedingungen durch die Verwendung eines Gleichstroms zwischen dem reduzierenden Gas und dem Erz eine Erhöhung der durchschnittlichen Reduktionsgeschwindigkeit erzielt werden, was zur Folge hat, daß ein gegebener Grad von Reduktion in einer kürzeren Verweilzeit der Feststoffteilchen in der Reduktionszone erzie't werden kann, oder daß eine größere Reduktion unter Verwendung der gleichen Verweilzeit erreicht

so werden kann, wobei alle anderen Faktoren die gleichen sind. Auch kann in einigen Fällen ein Gleichstrom zwischen dem Kühlgas im Kühlabschnitt des Reaktors erwünscht sein.

Im allgemeinen hängt die Auswahl, ob nun ein

S5 Gegenstrom oder ein Gleichstrom zwischen dem reduzierenden Gas und dem Erz verwendet wird, von solchen Faktoren ab, wie die Fließeigenschaften der festen Erzteile, die Reduzierbarkeit des Erzes, die Zusammensetzung des reduzierenden Gases und die Wärmeübergangscharakteristiken des Gases und der Erzteilchen. So kann eine verbesserte Betriebsflexibilität dadurch erzielt werden, daß man ein System verwendet, bei dem im Reaktor entweder ein Gegenstrom oder ein Gleichstrom eingestellt werden kann.

Ein solches System ist in Fig.3 der Zeichnungen erläutert

Da die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche eine wahlweise Verwendung eines

Gegenstroms oder eines Gleichstroms im Reaktor gestattet, im allgemeinen den Ausführungsformen der F i g. 1 und 2 ähnlich ist, werden nur diejenigen Teile des Systems in F i g. 3 erläutert, welche für die wahlweise Verwendung eines Gleichstroms oder eines Gegenstroms wesentlich sind. In F i g. 3 ist ein Reaktor 510 abgebildet, der dem Reaktor 210 von F i g. 1 ähnlich ist. Er besitzt eine Reduktionszone 512 im oberen Teil und eine Kühlzone 514 im unteren Teil. Das reduzierende Gas wird (siehe linken Teil von F i g. 3) in einem Erhitzer 548 erhitzt, der dem Erhitzer 48 von F i g. 1 ähnlich ist. Er ist durch ein Rohr 515, welches ein Ventil 517 aufweist, mit einer Vorkammer 524 des Reaktors 510 verbunden. An einem Punkt in der Nähe der Vorkammer 524 ist das Rohr 515 mit einem Zweigrohr 550 verbunden, das dem Rohr 50 von F i g. 1 ähnlich ist und ein Ventil 551 enthält Wie im Falle des Rohrs 50 kann Luft oder Sauerstoff dem reduzierenden Gasstrom durch das Rohr 550 zugegeben werden, um die Temperatur des reduzierenden Gases auf den gewünschten Wert zu steigern.

Mit dem Reaktor 510 ist in der Nähe der Oberseite der Reduktionszone 512 ein Rohr 552 verbunden, das dem Rohr 52 von F i g. 1 entspricht und das ein Ventil 519 aufweist und zum Kühler 554 führt, der dem Kühler 54 von F i g. 1 ähnlich ist. An einem Punkt in der Nähe der Oberseite des Reaktors steht das Rohr 552 mit einem A.b/weigrohr 529 in Verbindung, das ein Ventil 545 aufweist, durch welches Luft oder Sauerstoff dem Rohr 552 zugeführt werden kann.

Um einen Gleichstrom zwischen dem reduzierenden Gas und dem Erz in der Reduktionszone 512 zu erzeugen, ist das Rohr 515 an einem Punkt zwischen dem Erhitzer 548 und dem Ventil 517 durch ein Rohr 521, welches ein Ventil 523 aufweist, mit dem Rohr 552 verbunden, und zwar an einem Punkt zwischen dem Reaktor 510 und dem Ventil 519. Außerdem ist das Rohr 515 an einem Punkt zwischen dem Ventil 517 und der Kammer 524 mittels eines Rohrs 525, das ein Ventil 527 aufweist, mit dem Rohr 552 an einem Punkt zwischen dem Ventil 519 und dem Kühler 554 verbunden.

In Fällen, in denen ein Gegenstrom zwischen dem reduzierenden Gas und dem Erz erwünscht ist, werden die Ventile 523,527 und 545 geschlossen, die Ventile 517 und 519 werden geöffnet und das Ventil 551 wird so weit geöffnet, daß der gewünschte Sauerstoff- oder !.iiftstrom im Rohr 515 herrscht Dann fließt reduzierendes Gas vom Erhitzer 548 durch das Rohr 515 zur Kammer 524 und dann in der Reduktionszone 512 aufwärts durch den Erzkörper. Das reduzierende Gas verläßt den Reaktor in der Nähe der Oberseite der Reaktionszone 512 und fließt durch das Rohr 552 zum Kühler 554.

In Fällen, in denen ein Gleichstrom zwischen dem reduzierenden Gas und dem Erz erwünscht ist werden die Ventile 517,519 und 551 geschlossen, die Ventile 523 und 527 werden geöffnet und das Ventil 545 wird so weit geöffnet, daß der gewünschte Luft- oder Sauerstofffluß im Rohr 552 herrscht Dann fließt reduzierendes Gas vom Erhitzer 548 durch die Rohre 521 und 552 zur Oberseite der Reduktionszone 512 und dann nach unten durch den Erzkörper. Das reduzierende Gas verläßt die Reaktionszone durch die Vorkammer 524 und fließt durch die Rohre 515,525 und 552 zum Kühler 554. So wird also ein Gegenstrom zwischen dem Gas und dem Erz in einer einfachen Weise erreicht, indem die Ventile 523 und 527 geschlossen und die Ventile 517 und 529 geöffnet werden, und ein Gleichstrom wird dadurch erhalten, daß die Ventile 517 und 519 geschlossen und die Ventile 523 und 527 geöffnet werden.

Wie es im unteren Teil von F i g. 3 zu sehen ist, ist eine ähnliche Anordnung für die selektive Aufrechterhaltung eines Gleichstroms oder eines Gegenstroms des Kühlgases in der Kühlzone 514 des Reaktors vorgesehen. Das Kühlgas wird dem System durch ein Rohr 580 zugeführt und fließt durch einen Strömungsregler 592, der dem Strömungsregler 92 von F i g. 1 ähnlich ist, und dann durch ein Rohr 590, welches ein Ventil 531 aufweist und mit der Kammer 528 am Boden der Kühlzone 514 verbunden ist An der Oberseite der Kühlzone 514 befindet sich eine Vorkammer 500, die der Kammer 400 von F i g. 2 ähnlich ist, welche durch ein

is Rohr 596, das ein Ventil 533 aufweist mit einem Staubabscheider 598 verbunden ist, der dem Staubabscheider 98 von F i g. 1 entspricht Um einen Gleichstrom des Kühlgases durch die Kühlzone 514 herzustellen, ist das Rohr 590 an einem Punkt zwischen dem Ventil 531 und dem Strömungsregler 592 durch ein Rohr 535, das ein Ventil 537 aufweist, mit dem Rohr 5% an einem Punkt zwischen dem Ventil 533 und der Vorkammer 500 verbunden. Auch ist das Rohr 590 an einem Punkt zwischen dem Ventil 531 und der Kammer 528 durch ein Rohr 539, welches ein Ventil 541 aufweist mit dem Rohr 596 an einem Punkt zwischen dem Ventil 533 und dem Staubabscheider 598 verbunden.

Wenn es erwünsch: ist, einen Gegenstrom in der Kühlzone zu erzeugen, dann werden die Ventile 531 und 533 geöffnet und die Ventile 537 und 541 werden geschlossen. Dann fließt Kühlgas durch das Rohr 590 zur Kammer 528, aufwärts durch die Kühlzone zur Kammer 500 und dann durch das Rohr 596 aus dem Reaktor zum Staubabscheider 598. Wenn es anderer seits erwünscht ist, einen Gleichstrom zwischen dem Kühlgas und dem Erz in der Kühlzone 514 zu erzeugen, dann werden die Ventile 531 und 533 geschlossen, und die Ventile 537 und 541 werden geöffnet damit Kühlgas vom Strömungsregler 592 durch die Rohre 535 und 59S zur Vorkammer 500 und dann von dort aus in der Kühlzone durch das Erz nach unten fließt. Nachdem das Kühlgas durch die Kühlzone hindurchgegangen ist betritt es die Kammer 528 und fließt durch die Rohre 590, 539 und 596 zum Staubabscheider 598. Es ist klar, daß bei dem in Fig.3 erläuterten System ein

Gegenstrom oder ein Gasstrom des Gases sowohl in der Reduktionszone als auch in der Kühlzone des Systems

erzeugt werden kann.

Bei dem in Fig.3 gezeigten System wird eine

Mischung des reduzierenden Gases und des Kühlgases in der gleichen Weise gering gehalten, wie es in F i g. 2 beschrieben ist. Der Fluß des Kühlgases zur Kühlgas schleife wird durch einen Strömungsregler (in Fig.3 nicht gezeigt er entspricht aber dem Regler 282 von Fig.2) konstant gehalten. Kühlgas, welches die Kühlgasschleife verläßt, fließt durch ein Rohr 504, welches dem Rohr 304 in Fig.2 entspricht zu einem Strömungsregler 502, der dem Strömungsregler 402 von Fig.2 entspricht Der Strömungsregler 502 wird so eingestellt, daß der Fluß des Kühlgases, welches von dem System im wesentlichen mit dem gleichen Fluß wie das Kühlgas entfernt wird, in das System aufrechterhalten wird und daß dabei die Mischung des Kühlgases und des reduzierenden Gases gering gehalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine unabhängige Kontrolle sowohl des reduzierenden Gasstroms als auch des Kühlstromgases, ohne daß diese Ströme zurückgeführt werden. Jedoch ist die Verwen-

dung von geschlossenen Schleifen vorzuziehen, und zwar wegen der dabei erzielten Wirtschaftlichkeit und weil auch ein größerer Stabilitätsgrad des Systems erzielt wird und eine weitgehende Verhinderung der Vermischung der beiden Ströme erleichtert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei der Reduktion von Eisenerz auch, beispielsweise zur Reduktion von Erzen, wie z. B. Nickel-, Kupfer-, Zinn-, Titan-, Barium- und Calciumerzen, geeignet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reduktion von stückigen Metallerzen zu Metallteilchen in einem Reaktor mit vertikalem Schacht und wandernder Beschickungssäule, der eine Reduktionszone für die Reduktion des stückigen Metallerzes im oberen Teil des Schachtes und eine Kühlzone für die Kühlung der reduzierten Metallteilchen im unteren Teil des Schachtes aufweist, wobei in die Reduktionszone in der Nähe eines Endes ein heißes reduzierendes Gas eingeführt und durch das in der Reduktionszone befindliche stückige Erz hindurchgeführt wird, um das Erz zu reduzieren, das reduzierende Gas in der Nähe des anderen Endes der Reduktionszone aus dem '⁵ Reaktor entfernt wird und wobei ein Kühlgas in einer geschlossenen Schleife im Kreis geführt wird, welche die genannte Kühlzone und eine außerhalb des Reaktors befindliche Leitung mit einem Kühler für das im Kreislauf befindliche Kühlgas enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas dem äußeren Teil der Kühlgasschleife zu- und an einem von der Zuführung getrennten Punkt von der Schleife abgeführt wird und daß der Fluß des von der Schleife entfernten Kühlgases so reguliert wird, daß eine Vermischung des im Kreislauf geführten Kühlgases in der Kühlzone mit dem reduzierenden Gas in der Reduktionszone des Reaktors auf einen Minimalwert zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch t, dadurch gekenn- ^o zeichnet, daß der Druckunterschied zwischen der Unterseite der Reduktionszone und der Oberseite der Kühlzone gemessen und der Fluß des aus der Kühlgasschleife entfernten Kühlgases in Abhängigkeit dieses gemessenen Druckunterschieds geregelt wird, um den gemessenen Druckunterschied weitgehend konstant zu halten.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß des Kühlgases zu der Kühlschleife der Kühlzone bei einer vorgewählten Geschwindigkeit gehalten und der Fluß des Gases, das aus der Kühlschleife der Kühlzone entfernt wird, ungefähr gleich zu der vorgewählten Geschwindigkeit, mit welcher das Kühlgas der Kühlschleife zugeführt wird, gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des reduzierenden Gases, das vom Reaktor abgeführt wird, dem reduzierenden Gas, welches dem Reaktor zugeführt wird, zugesetzt wird, um eine Schleife für das reduzierende Gas zu bilden; der Rest des vom Reaktor abgeführten reduzierenden Gases kontinuierlich von der Schleife abgezogen und der Fluß des von der Schleife abgeführten Gases so reguliert wird, daß der Druck am Boden der Reduktionszone im wesentlichen konstant gehalten wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Merkmale ω aufweist: einen Reaktor (10) mit vertikalem Schacht, der das sich nach unten bewegende Bett der Metallerzteilchen enthält, wobei das sich bewegende Bett eine obere Reduktionszone (12) und eine untere Kühlzone (14) aufweist, eine. Hinrichtung (24). die f>> eine Zuführleitung umfaßt, welche mit dem Reaktor in der Nähe eines Endes der Reduktionszone verbunden ist, um heiße reduzierende Gase dem Reaktor zuzuführen, eine Einrichtung (52) die mit dem Reaktor in der Nähe des anderen Endes der Reduktionszone verbunden ist, um reduzierendes Gas aus dem Reaktor abzuführen, eine Kühlschleife, welche die Kühlzone (14) und eine äußere Leitung (90,96) umfaßt, die mit dem Reaktor in der Nähe der Oberseite und der Unterseite der Kühlzone verbunden ist, wobei die äußere Leitung einen Kompressor (84) für die Zirkulation des Kühlgases durch die Schleife und einen Kühler (100) zur Kühlung des durch die Schleife fließenden Gases aufweist, eine Kühlgaszuführleitung (80), die mit der genannten äußeren Leitung verbunden ist, wobei diese Zuführleitung einen Strömungsregler (82) aufweist, um einen konstanten Kühlgasstrom in der Schleife aufrechtzuerhalten, eine mit der Schleife verbundene Abgasleitung (104), und ein Regulierventil (126) in der Abgasleitung zur Regulierung des Austritts des Kühlgases aus der Schleife, um eine Mischung des reduzierenden Gases in der Reduktionszone mit dem Kühlgas in der Kühlzone gering zu halten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine auf Druckunterschied ansprechende Einrichtung (120) aufweist, die den Druckunterschied zwischen der Unterseite der Reduktionszone (12) und der Oberseite der KOhlzone (14) mißt, wobei die auf den Druckunterschied ansprechende Einrichtung ein Mittel, welches ein Signal erzeugt, das eine Funktion des Druckunterschieds zwischen den beiden Drücken ist, und weiterhin ein Mittel zur Übertragung des Signals zum Regulierventil (126) aufweist, damit Kühlgas aus der Schleife mit einer solchen Geschwindigkeit abgelassen wird, daß der Druckunterschied zwischen der Reduktionszone und der Kühlzone im wesentlichen auf null gehalten wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung (104) einen Regler aufweist, um den Abgasstrom im wesentlichen gleich dem Gasstrom zu halten, der durch die Kühlgaszuführeinheit hindurchgeht

8. Verrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Wärmeaustauscher (46) aufweist, dessen eine Seite einen Teil der Kühlgasschleife bildet und dessen andere Seite einen Teil der Zuführleitimg für die Zuführung von heißen reduzierenden Gasen zum Reaktor bildet