DE2851912A1

DE2851912A1 - Verfahren zur direkten reduktion von eisenerzen in einer schwebeschicht

Info

Publication number: DE2851912A1
Application number: DE19782851912
Authority: DE
Inventors: Yukinaga Katahashi; Kazuo Sezaki; Makoto Shimizu; Fumio Tomizawa; Kana Gawa Yokohama
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1978-05-24
Filing date: 1978-11-30
Publication date: 1979-12-06
Also published as: IN150282B; ZA786631B; AU529473B2; DE2851912C2; JPS54152615A; AU4174578A; US4224056A; CA1107970A; BR7807894A

Description

Ishikawajima-Harima Jukogyo K.K. 19 206 60/st

Tokio, Japan

Verfahren zur direkten Reduktion von Eisenerzen in einer Schwebeschicht

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von Eisenerzen in einer Schwebe- oder Wirbelschicht, wobei gleichzeitig das Reduktionsgas erzeugt werden soll.

Bekannte Verfahren zur direkten Reduktion von Eisenerzen in Schachtöfen mit einem gasförmigen Reduktionsmittel sind mit Nachteilen behaftet. Die Vorrichtung zur Erzeugung oder Regenerierung des Reduktionsgases und das Reaktionsgefäß, in dem die Eisenerze der direkten Reduktion unterzogen werden, sind separat installiert. Dadurch sind die Anlagenkosten für ein solches Verfahren hoch. Das durch einen Gaserzeuger erzeugte Reduktionsgas wird vom Boden des Reaktionsgefäßes aus nach oben eingeblasen, während die Feststoff partikel des Eisenerzes, etwa Feinerz oder Stückerz bis etwa zur Pelletgröße in Gegenstrom zur Reduktionsgas nach unten schweben. Dadurch kann in der Beschickungsstufe des Reduktionsverfahrens das Feinerz nicht mit dem reichen Reduktionsgas ausreichend in Berührung gebracht werden, so daß eine wirksame Reduktion mit hohem Wirkungsgrad im ganzen Reaktionsgefäß nicht erfolgen kann. Da Reduktionsgas zur Reduzierung des Feinerzes verwendet wird, werden die

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reduzierten oder metallisierten Feinerzpartikel unter Druck gegeneinandergepreßt und durch Sinterung, Klumpenbildung oder dgl. agglomeriert. Dadurch sinkt der Umspüleffekt des Reduktionsgases im Reaktionsgefäß und mit diesem auch die Qualität des reduzierten Eisenerzes. Weiterhin wird der Ofenaustrag erschwert.

Bei der direkten Reduktion mit festen Brennstoffen wird ein Drehrohrofen verwendet, wobei die Mischung von Eisenerzen und zerkleinerter Kohle als festes Reduktionsmittel in den Drehrohrofen als Reaktionsgefäß eingegeben und erwärmt wird. Dabei ist jedoch die Reduktionsgeschwindigkeit gering, da nur eine ungenügende Menge von Gas zwischen den Eisenerzen und der zerkleinerten Kohle vorliegt.

Diese Nachteile sollen mit der Erfindung beseitigt werden. Hierzu soll mit der Erfindung ein Verfahren zur direkten Reduktion von Eisenerzen in einer Schwebeschicht geschaffen werden, bei dem unter gleichzeitiger fortschreitender Reduktion der Eisenerze im selben Reaktionsgefäß das Reduktionsgas erzeugt wird, wodurch der Kontakt zwischen den Eisenerzen und dem Reduktionsgas extrem gut ist und dadurch die Effizienz der Reduktion unter gleichzeitiger erheblicher Kostenverminderung deutlich gesteigert wird. Das Reduktionsgas kann dabei kontinuierlich oder intermittierend im Reaktionsgefäß erzeugt werden, so daß eine kontinuierliche Reduktion der Eisenerze durchgeführt werden kann. Selbst bei chargenweise eingeführten Eisenerzen soll sich eine ausreichende Reaktion zwischen den Eisenerzen und dem Reduktionsgas ergeben. Durch Fluidisierung von pulver- oder granulatförmigen Kohleträgern und Aufschweben der Kohleträger durch Fluidisierungsgase zur Bildung der Schwebeschicht aus Kohleträgern im Reaktionsgefäß soll eine Agglomeration und Versinterung der Eisenerze während der Reduktion vermieden werden. Die automatische Trennung der

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reduzierten oder metallisierten Eisenerze von den feinkörnigen Kohlenträgern soll -unter Ausnutzung des Unterschiedes im spezifischen Gewicht und der Größe erleichtert werden. Nicht verbrauchte Kohlträgerpartikel schweben im Reaktionsgefäß, so daß die reduzierten oder metallisierten Eisenerze mit einer geringen Menge an Koks und Staub ausgetragen werden können.

Die vorstehenden Zielsetzungen werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die feinen Kohlepartikelträger in einer erwärmten Gasatmosphäre schwebend gehalten werden (wobei die Gasatmosphäre wenigstens die feinen Kohleträgerpartikel in der weiter unten noch näher erläuterten Schwebeschicht und Kohlenmonoxid enthält und nachfolgend als Reduktionsatmosphäre bezeichnet wird),und daß die Peinerze durch die Schwebeschicht hindurch nach unten abgezogen werden, wodurch die Reduktion der Eisenerze durch die feinen Kohleträgerpartikel in der Schwebeschicht und die Kohlenmonoxid enthaltende Reduktionsatmosphäre erfolgt, während gleichzeitig das durch die Reduktion der Eisenerze erzeugte Kohlendioxid mit den Kohleträgerpartikeln reagiert, um so die Kohlenmonoxid enthaltende Reduktionsatmosphäre zu regenerieren.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Zeichnung, insbesondere in Verbindung mit den Ansprüchen.

Es zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Reaktionsgefäß zur Durchführung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

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Fig. 2

und 3 teilweise in schaltbildlicher schematischer Darstellung Reaktionsanlagen in modifizierten Ausbildungen zur Durchführung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4 schematisch vereinfacht einen Vertikalschnitt durch ein Reaktionsgefäß zur Ausführung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 5 in schaltbildlicher Darstellung eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach der zweiten Ausführungsform,

Fig. 6 teilweise in schaltbildlicher und schematischer Darstellung eine modifizierte Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach der zweiten Ausführungsform,

Fig. 7 eine weitere Modifikation des Reaktionsgefäßes zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach der zweiten Ausführungsform,

Fig. 8, 9

und 10 überwiegend schaltbildliche Darstellungen von Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einer dritten, vierten und fünften Ausführungsform und

Fig. 11 eine im wesentlichen Fig. 10 entsprechende Darstellung einer modifizierten Anlage zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach der fünften Ausführungsform.

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Erste Ausführungsform mit Abwandlungen gemäß Fig. 1 bis

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird Erzmaterial, welches im vorliegenden Zusammenhang als Feinerz F bezeichnet wird und Eisenerze, oxidierte Pellets, Staub, gesinterte Erze usw. enthält, über einen Erzeinlaß 3 in ein Reaktionsgefäß .T eingeführt, während feine Kohleträgerpartikel C durch einen Kohleeinlaß 4 eingeführt werden. Alternativ können sowohl das Feinerz F als auch die Kohleträgerpartikel C durch einen der Einlasse 3 oder 4 eingeführt werden, wobei nur ein Einlaß benutzt zu werden braucht, wenn in der weiter unten noch näher erläuterten Weise eins Mischung von Feinerz F und Kohleträgerpartikeln C eingeführt wird.

Ein Gas zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer Schwebeschicht im Reaktionsgefäß T wird durch einen Gaseinlaß 2 und durch Gasverteilungslöcher 5 in einem Verteilerboden in einen Fließbettabschnitt eingelassen. Der Verteilerboden 6 ist in einem Winkel zur Vertikalachse des Reaktionsgefäßes 1 geneigt. Das untere Ende des Verteilerbodens 6 steht über einen Austragsauslaß 7 in der Wand 9 des ReaktiOnsgefäßes mit einer Schütte 8 in Verbindung.

In einer ersten Abwandlung dieser ersten Ausführungsform ist gemäß Fig. 2 anstelle des geneigten, plattenförmigen Verteilerbodens 6 eine Mehrzahl von Gasverteilerrohren mit je einer Vielzahl von Gasverteilerlöchern 5 in der Form eines Gitters 11 angeordnet, wobei das fluidisierende Gas den Gasverteilerrohren 10 aus einer Ringleitung 12 zugeführt wird, die das Reaktionsgefäß 1 umgibt und mit dem Gaseinlaß 2 in Verbindung steht. Das aus den Gasverteilerrohren 10 bestehende Gitter 11 ist horizontal angeordnet, jedoch können die Gasverteilerrohre 10 auch in einer nach oben oder unten ausgewölbten konkaven Ebene angeordnet werden.

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Die reduzierten Feinerze fallen durch die Spalte zwischen den Gasverteilerrohren 10 und durch einen Austragsauslaß 7 und eine daran anschließende Schütte 8 auf einen Förderer.

Das Feinerz F und die Kohleträgerpartikel C werden in einen gemeinsamen Trichter 13 oder dgl. eingeführt und von diesem über einen Ladekanal mit einem Schneckenförderer 14 und den Einlassen 3 oder 4 in das Reaktionsgefäß 1 gefördert.

Bei der zweiten Abwandlung der ersten Ausführungsform ist gemäß Fig. 3 ein Reaktionsgefäß 1 mit offenem Boden wie im Falle der ersten Abwandlung vorgesehen. Darüber hinaus besitzt das Reaktionsgefäß 1 einen Zylinderabschnitt großen Durchmessers, einen umgekehrt kegeistumpfförmigen Abschnitt und einen Zylinderabschnitt kleinen Durchmessers, der als Windkasten 16 dient und einen Kanal 15 verminderten Querschnitts begrenzt. Ein fluidisierendes Gas wird in den Kanal 15 über Windformen 17 an den Seitenwänden 16 des Reaktionsgefäßes 1 eingeführt, so daß kein Verteilerboden 6 oder Verteilergitter 11 erforderlich ist.

Nachfolgend wird das Verfahren zur direkten Reduzierung der Eisenerze im fluidisierenden Reaktionsgefäß der vorstehend beschriebenen Art näher erläutert. Die Abgase, die aus reduzierendem Gas oder Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (C0_) und anderen Gasen und damit mitgerissenen Feststoffen bestehen, werden durch einen Abgasauslaß 18 an der Oberseite des Reaktionsgefäßes 1 abgeführt und in einen Abscheider 22 wie einen Rieselturm eingeführt. Nachdem die mitgerissenen Feststoffe im Staubabscheider 22 abgeschieden worden' sind, strömen die Abgase durch eine Gaszirkulationsleitung 21 in einen Erhitzer 19. Wenn die Gase auf die gewünschte Temperatur erwärmt worden sind, werden sie durch den Gaseinlaß 2 in das Reaktionsgefäß 1 mit sol-

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eher Strömungsgeschwindigkeit oder Strömungsmenge eingelassen, daß sich eine Fluidisierung des Fließbettes im Reaktionsgefäß 1 ergibt. Zur Steuerung des Kohlenstoffgehaltes in den reduzierten oder metallisierten Feststoffen, werden über einen Einlaß 20 Luft, Sauerstoff und Stickstoff in die Gaszirkulationsleitung 21 eingeführt.

Wenn das Verfahren zur direkten Reduktion anläuft, sind keine Abfallgase öder Abgase zur Verfugung, so daß Luft oder Sauerstoff in die Gaszirkulationsleitung 21 oder ein entsprechendes Gaszirkulationssystem eingeleitet und im Umlauf gehalten" werden, bis eine anteilmäßige Steuerung der Bestandteile des fluidisierenden und reduzierenden Gases erzielt worden ist, bevor Feinerz in das Reaktionsgefäß 1 eingeführt wird. Die fluidisierenden und reduzierenden Gase werden durch die Öffnungen 5 des Verteilderbodens 6 oder die Gasverteilerrohre 10 im gewünschten Strömungsprofil nach oben mit gesteuerter Strömungsmenge und gesteuerter Temperatur eingelassen, so daß die gewünschte Verwirbelung in einem Fließbett einer gewünschten Höhe erfolgt. Die die Schwebeschicht A verlassenden Gase strömen durch den Abgasauslaß 18 an der Oberseite des Reaktionsgefäßes 1 in den Staubabscheider 22 und werden in der erläuterten Weise rezirkuliert. Praktisch der gesamte Dampf in den Abgasen wird durch den Abscheider 22 abgeschieden.

Die Aufwärtsströmung der fluidisierenden und reduzierenden Gase, verteilt durch die Verteileröffnungen 5, verwirbelt oder fluidisiert die in das Reaktionsgefäß 1 eingeführten Kohlenträgerpartikel C, wodurch die Schwebeschicht A der Kohlenträgerpartikel C in einer gewünschten Höhe H gehalten wird. Durch die Strömung der fluidisierenden Gase kann eine übliche Wirbelschicht erzeugt werden, in der die Kohlenträgerpartikel ähnlich wie beim Kochen bewegt und verwirbelt werden.

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Die Feinerze F durchsetzen die Wirbel- oder Schwebeschicht A und durchlaufen dabei die folgenden Reaktionen:

Fe₂O₃ + 3 CO = 2 Fe + 3CO₂ (i) Fe₂O₃ + 3 C = 2 Fe + 3C0 (il) C + CO₂ = 2 CO (III)

Dies bedeutet, daß das Feinerz (Fe₂O,,) mit dem Kohlenmonoxid (CO) oder dem gasförmigen Reduktionsmittel in den fluidisierenden und reduzierenden Gasen bei erhöhter Temperatur reagiert, so daß Eisen (Fe) und Kohlendioxid (CO ) erzeugt werden. Das Kohlendioxid (CO₂) reagiert dann mit den feinen Kohlenträgerpartikeln (c), die im Kohlenmonoxid (C0)_r gemäß Gleichung III umgewandelt werden. Die Reduktion gemäß Gleichung II mit den festen Reduktionsmitteln läuft gleichzeitig ab.

Während das Feinerz F durch die Schwebeschicht A hindurchtritt, werden frische feine Kohlenstoffträgerpartikel C mit einer geeigneten Geschwindigkeit oder Menge in das Reaktionsgefäß 1 eingeführt, so daß die Reduktionen gemäß Gleichung I und II kontinuierlich gleichzeitig ablaufen und metallisiertes Feinerz sowie reduzierendes Gas oder CO erzeugen. Da die Kohlenstoff- oder Kohlenträgerpartxkel C bei diesen Reduktionsabläufen verbraucht werden, müssen sie in der erläuterten Weise in geeigneter Menge nachgeführt werden.

Das Gemisch des Feinerzes und der feinen Kohlenträgerpartikel kann in der weiter oben erläuterten Weise gleichzeitig in das Reaktionsgefäß 1 eingeführt werden. In diesem Falle werden infolge des Unterschiedes im spezifischen Gewicht die feinen. Kohlenträgerpartxkel C fluidisiert, während die Feinerzpartikel F durch die so gebildete Schwebeschicht A hindurchtreten.

Ein Teil der feinen Kohleträgerpartikel C wird unvermeidlich

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mit den reduzierten oder metallisierten Feinerzpartikeln aus dem Reaktionsgefäß 1 ausgetragen. Diese Kohlenträger- - partikel- C können abgeschieden und in das Reaktionsgefäß zurückgeführt werden.

Zusätzlich zur Einführung von Luft oder Sauerstoff durch den Einlaß 20 in das Gasrezirkulationssystem 21 beim Anlauf des Verfahrens zur direkten Redution kann eine entsprechende Einführung auch während des Betriebs erfolgen, um die Bestandteile des in das Reaktionsgefäß 1 eingeführten fluidisierenden Gases zu steuern. Darüberhinaus kann zusätzlich zu Luft oder Sauerstoff ein Reduktionsmittel wie H₂, CO, Methan usw., weiterhin gasförmiger Stickstoff oder sonstige geeignete Gase zugesetzt werden, um so die Zusammensetzung des das Reaktionsgefäß 1 durchströmenden fluidisierenden Gases in jeder gewünschten Weise zu steuern.

Unter Schwebeschicht im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ist eine Schicht im Reaktionsgefäß 1 zu verstehen, in der feine Feststoffteilchen, nämlich die feinen Kohlenstoffträgerpartikel, schweben. Unter Schwebeschicht ist somit jede Ausbildung eines Fließbettes, einer Wirbelschicht usw. zu verstehen.

Die im Reaktionsgefäß 1 erzeugten Gase werden an der Oberseite des Rekationsgefäßes 1 abgelassen und rezirkuliert, so daß die Reaktionstemperatür auf einer vorbestimmten Höhe gehalten und die Schwebeschicht A der feinen Kohleträgerpartikel im Reaktionsgefäß 1 aufrechterhalten werden kann.

Wenn die Schwebeschicht A gebildet und in der erläuterten Weise aufrecht erhalten wird, so können die in das Reaktionsgefäß 1 eingeführten Feinerzpartikel in direkten Kontakt mit dem reduzierenden Gas im gesamten Innenraum des Reaktionsgefäßes '1 gebracht werden, so daß eine effektive Reduktion des Eisenerzes mit hohem Wirkungsgrad erfolgen kann. Wenn

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die Feinerzpartikel durch die Schwebeschicht der feinen Kohleträgerpartikel nach unten wandern, so läuft die Reduktion der Feinerzpartikel ab und wird metallisiertes Erz erhalten. In diesem Falle dienen die feinen Kohleträgerpartikel zur Vermeidung von Agglomerationen und Sintererscheinungen der unter Druck gehaltenen Feinerzpartikel. Die meisten Kohlenstoffträgerpartikel, welche die festen Reduktionsmittel bilden, werden stets schwebend gehalten. Infolge des Unterschiedes sowohl im spezifischen Gewicht als auch in der Größe zwischen den Feinerzpartikeln und den feinen Kohlenstoffträgerpartikeln erfolgt automatisch eine grobe Trennung der Partikel, so daß im wesentlichen nur die reduzierten und metallisierten Eisenerze aus dem Reaktionsgefäß 1 aufgetragen werden. In dem ausgetragenen Produkt mitgeführte Kohlenträgerpartikel können leicht etwa durch Magnetabscheider abgetrennt werden.

Die reduzierten Eisenerze können auf verschiedene Weise ausgetragen werden. Eine Möglichkeit besteht darin, ein Kühl- und Austragesystem zu verwenden, bei dem die reduzierten Eisenerze im wesentlichen auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden, um eine Reoxidierung zu vermeiden, und sodann ausgetragen werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die noch warmen Eisenerzpartikel auszutragen und vom Koks und der Asche unter einer bezüglich einer Reoxidierung inaktiven Atmosphäre zu trennen. Nach der Trennung werden die reduzierten Eisenerze stückig gemacht, beispielsweise in einer Brikettiermaschine brikettiert oder auf sonstige Weise agglomeriert. Derartige Kühl- und Brikettiereinrichtungen sind in den Fig. 1 bis 3 nicht näher veranschaulicht.

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2. Ausführungsform mit Abwandlungen gemäß Fig. 4 bis 7

Bei der zweiten Ausführungsform sind Elektroden in die Schwebeschicht der feinen Kohlenträgerpartikel eingeführt und unter Strom gesetzt, so daß Joule'sche Wärme erzeugt und der Schwebeschicht A zugeführt wird·

Wie Fig. 4 veranschaulicht, ist das Reaktionsgefäß 1 konstruktiv ähnlich aufgebaut wie dasjenige gemäß Fig. 1, mit der Ausnahme, daß Paare von Elektroden 23 .in dem Reaktionsgefäß 1 angeordnet und in einem gewünschten Abstand von der Oberfläche der Innenwände gehalten sind. Die Elektroden 23 jedes Paares liegen einander gegenüber.

Das in Fig. 6 veranschaulichte Reaktionsgefäß entspricht im wesentlichen demjenigen gemäß Fig. 2, mit dem Unterschied, daß Elektroden 23 paarweise angeordnet sind, so wie dies vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert ist. Die Elektroden 23 liegen dabei über den Gasverteilerrohreh 10, die in Form des Gitters 11 angeordnet sind.

Das Reaktionsgefäß 1 gemäß Fig. 7 entspricht im wesentlichen, konstruktiv dem gemäß Fig. 3, wobei jedoch ebenfalls Paare von Elektroden 23 in dem Zylinderabschnitt großen Durchmessers oberhalb des Kanales 15 mit vermindertem Querschnitt in der weiter oben erläuterten Weise angeordnet sind.

Die Form der Elektroden 23 wird entsprechend der Leitfähigkeit der Schwebeschicht oder des Fließbettes der feinen Kohlenträgerpartikel und entsprechend dem Aufwärts-Strömungsprofil der fluidisierenden Gase bestimmt. Im allgemeinen sind die Elektroden flach oder eben ausgebildet.

In dem Reaktionsgefäß 1 mit den Elektroden 23 wird die

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Schwebeschicht A der feinen Kohlenträgerpartxkel C in der weiter oben erläuterten Weise ausgebildet und aufrechterhalten. Danach wird an einem Paar der Elektroden 23 Spannung, angelegt und fließt Strom durch die Schwebeschicht A, so daß infolge der Erzeugung Joule'seher Wärme die Temperatur im Reaktorgefäß 1 ansteigt. Die Feinerzpartikel werden bei ihrer Absenkbewegung durch die Schwebeschicht A reduziert, reduzierendes Gas wird erzeugt, wie dies alles weiter oben erläutert ist.

Die aus der Oberseite des Reaktionsgefäßes 1 austretenden Gase werden in einem Wärmetauscher 25 (vgl. Fig. 5) gekühlt. Die Abgase werden durch einen Auslaß 27 (vgl. Fig. 6) eines Vorwärmers 19 zur Umgebung abgelassen.

Die zweite Ausführungsform erreicht die erfindungsgemäßen Vorteile ebenso wie die erste Ausführungsform. Da weiterhin Spannung an den Elektroden 23 liegt und somit ein Stromfluß durch die Schwebeschicht A zu deren Erwärmung erfolgt, können die Reaktionstemperatur und auch die Konzentration der Gase optimal gesteuert werden.

3. Ausführungsform gemäß Fig. 8

Bei der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 8 ist eine Mehrzahl von Reaktionsgefäßen 1a, 1b und 1c in vertikaler Reihe angeordnet, so daß das Feinerz durch eine Mehrzahl von Schwebeschichten nach unten gelangt und dabei in der erläuterten Weise reduziert wird. Anstelle einer kaskadenförmigen Anordnung einer Mehrzahl von Reaktionsgefäßen kann auch eine Mehrzahl von Schwebeschichten A in einem einzelnen Reaktionsgefäß entsprechend angeordnet werden.

Die Reaktionsgefäße 1a, 1b und 1c gemäß Fig. 8 sind konstruktiv ähnlich dem Reaktionsgefäß 1 gemäß Fig. 1 aufgebaut. Die

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Reaktionsgefäße sind dabei gemäß Fig. 8 in drei Stufen angeordnet. Ein GasVerteilersystem 28 ist an den Boden des ersten Reaktionsgefäßes 1a angeschlossen, so daß die fluidisierenden und reduzierenden Gase im Reaktionsgefäß 1a nach oben strömen. An der Oberseite des Reaktionsgefäßes 1a gelangt das Gas durch ein Verteilersystem 29 zum Boden des zweiten Reaktiönsgefäßes 1b.

Im zweiten Reaktionsgefäß 1b strömen die Gase nach oben zu dessen Oberseite. Die Oberseite des zweiten Reaktionsgefäßes 1b steht mit einem Gasverteilersystem 30 in Verbindung, das an den Boden des dritten, untersten Reaktionsgefäßes 1c angeschlossen ist. An der Oberseite des dritten Reaktionsgefäßes 1c ist ein Abgassystem 31 angeschlossen, welches seinerseits über einen Wärmetauscher 25 und einen Abscheider 22 zu einem Vorwärmer 26 führt. Der Vorwärmer ist über das Gasverteilersystem 28 mit dem Boden des ersten Reaktionsgefäßes 1a verbunden. Am Verteilersystem 28 ist ein Gaszufuhrsystem 32 angeschlossen, mit dem frisches Gas zugeführt werden kann. Das Zuführsystem 32 für das frische Gas ist so angeordnet, daß auch das frische Gas durch den Wärmetauscher 25 geführt wird, so daß die Wärme der durch das Abgassystem 31 strömenden Abgase zur Vorwärmung auf das frische Gas im System 32 übertragen werden können.

Mit 33 ist ein Gebläse und mit 34 ein Brennstoffzufuhrsystem für den Vorwärmer 26 bezeichnet.

Ein Erzaufgabesystem 35 ist an der Oberseite des ersten Reaktionsgefäßes 1a angeschlossen und dient zur Beschickung des Reaktionsgefäßes 1a mit Feinerz. F. Der Produktauslaß ist am Bodenbereich des Reaktionsgefäßes 1a angeordnet und dient dem Austrag der reduzierten Eisenerze. Ein Übergabesystem 36 ist zwischen* dem Produktauslaß und der Oberseite des zweiten Reaktors 1b vorgesehen. Ein dem Übergabesystem entsprechendes Übergabesystem 37 ist zwischen dem zweiten

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Reaktionsgefäß 1b und dem dritten Reaktionsgefäß 1c vorgesehen. An den Boden des dritten Reaktionsgefäßes 1c ist ein Austragssystem 38 für den Austrag der fertigen reduzierten Eisenerze vorgesehen.

Im Betrieb werden, wie dies im Falle der ersten Ausführungsform bereits erläutert ist, Schwebeschichten aus feinen Kohlenstoffträgerpartikeln in den drei Reaktionsgefäßen la, 1b und 1c erzeugt. Die Feinerzpartikel F werden in das erste Reaktionsgefäß 1a eingeführt und sinken durch die Schwebeschicht, so daß das Erz reduziert wird und reduzierendes Gas erzeugt wird, wie dies bereits erläutert ist.

Die reduzierten Eisenerzpartikel werden im Reaktor la fluidisiert und wandern von der Oberseite des zweiten Reaktionsgefäßes 1b aus nach unten. Ebenso wie im Reaktionsgefäß 1a wandern die Feinerzpartikel durch die Schwebeschicht des Reaktionsgefäßes 1b nach unten und werden dabei weiter reduziert. Im zweiten Reaktionsgefäß 1b wird auch reduzierendes Gas erzeugt. Beim Durchwandern des zweiten Reaktionsgefäßes 1b und sodann des dritten Reaktionsgefäßes 1c werden die Feinerzpartikel bis zu ihrem endgültigen Reduktionsgrad reduziert und sodann ausgetragen.

Staubabscheider und Einrichtung zur Erhöhung des Gasdruckes, die in den Gasverteilersystemen 29 und 30 vorgesehen sind, sind nicht näher veranschaulicht. Zur Aufrechterhaltung der Schwebeschichten in den Reaktionsgefäßen müssen die in die Reaktionsgefäße eingeführten Gase hinsichtlich ihres Druckes gesteuert sein. In einigen Fällen werden daher Einrichtungen zur zusätzlichen Gaszufuhr und/oder für den Gasablaß an die Gasverteilersysteme 29 und 30 angeschlossen. Diese zusätzlichen Aggregate sind jedoch in Fig. 8 nicht näher veranschaulicht und bedürfen keiner näheren Erläuterung.

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Wie im Falle der zweiten Ausführungsform können in den drei Reaktionsgefäßen 1a, 1h und 1c Elektroden angeordnet werden, um die Temperatur und die Gaskonzentration und damit die Reaktionen zusätzlich zu steuern.

Wie die vorstehende Erläuterung zeigt, können auch mit der dritten Ausführungsform die wesentlichen Vorteile der Erfindung erzielt werden. Da darüberhinaus die Reduktion in mehreren Stufen erfolgt, wird der Grad der Metallisierung der Erze erheblich erhöht.

4. Ausführungsform gemäß Fig. 9

Die vierte Ausführungsform der Erfindung ermöglicht insbesondere eine Temperatursteuerung in dem oder den Reaktionsgefäßen, wie sie bei der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform verwendet werden.

Das gesamte System gemäß Fig. 9 ist ähnlich demjenigen gemäß Fig. 5, so daß, wie auch bezüglich der weiteren Ausführung sformen, für gleiche oder entsprechende Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind.

Ein Temperaturfühler 39 ist in das Reaktionsgefäß 1 eingesetzt, und das Ausgangssignal des Temperaturfühlers 39 wird einer Temperatursteuereinheit 40 zugeführt. Der Temperaturfühler 39 wird entsprechend der Temperatur im Reaktionsgefäß 1 ausgewählt und kann ein Thermoelement, ein Spektralanalysator od. dgl. sein. Der Temperaturfühler 39 ist der Elektrode 23 gegenüberliegend angeordnet. Die Anzahl der Temperaturfühler 39 ist nicht begrenzt, so daß ein oder mehrere Temperaturfühler verwendet werden können. Insbesondere bei Verwendung einer Mehrzahl von Temperaturfühlern kann die Temperatur im Reaktionsgefäß 1 in Abhängigkeit von der von den Fühlern ermittelten Durchschnittstemperatur ge-

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steuert werden. Darüberhinaus kann eine Fehlsteuerung ier Temperatureteuereinheit 40 infolge des Ausfalls eines Temperaturfühlers 39 vermieden werden.

Die Temperatursteuereinheit 40 vergleicht das Ausgangssignal des Temperaturfühlers 39 mit einem Sollsignal, welches der optimalen Reaktionstemperatur entspricht, und erzeugt ein Differenzsignal, welches einer Spannungssteuereinheit 41 zugeführt wird. In Abhängigkeit von dem Differenzsignal steuert die Spannungssteuereinheit 41 die an die Elektroden angelegte Spannung. Dabei ist die Signalverarbeitung in der Temperatursteuereinheit 40 selbstverständlich nicht auf eine sogenannte Proportionalsteuerung begrenzt, welche das Ausgangssignal proportional zum Unterschied zwischen dem Ausgangssignal aus dem Temperaturfühler 39 und dem Sollsignal erzeugt, sondern es können Integrationsglieder und Differentialglieder verwendet werden, um der Zeitverzögerung des Fehlersignales und sonstigen Einflüssen Rechnung zu tragen, welche die Temperatursteuerung beeinflussen.

Die Bauart der Spannungssteuereinheit 41 hängt davon ab, ob die an das Paar der Elektroden 23 angelegte Spannung eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung ist. Im Falle einer Wechselspannung kann die Spannungssteuereinheit 41 durch einen Transformator, einen einstellbaren widerstand oder eine Phasensteuereinheit gebildet werden, welche einen Triac oder einen Thyristor verwendet.

Ein zur Analyse des Gases dienender Fühler 43, der die Bestandteile des an der Oberseite des Reaktors 1 austretenden Abgases erfaßt, ist in einer Abgasleitung 42 eingesetzt. Sein Ausgangssignal wird einer Beschickungssteuereinheit zur Steuerung der Beschickung mit Kohleträgerpartikeln C zugeführt.

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In Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Fühlers 43, welches beispielsweise den Gehalt an Kohlenmonoxid (CO) wiedergibt, berechnet die Beschickungssteuereinheit 44 die Menge der Kohlenträgerpartikel, die im Reaktor verbraucht wurden, und erzeugt ein Steuersignal, welches einem Steuerventil 45 für die Beschickung mit Kohleträgerpartikeln zugeleitet wird. In Abhängigkeit von dem Steuersignal wird das Steuerventil geöffnet oder geschlossen und steuert so die Menge der Kohlenträgerpartikel oder der pulverförmigen Kohle od. dgl., die in das Reaktionsgefäß.-1 eingeführt wird.

Wasser W wird gegen die durch einen Abscheider 46 geführten Gase gesprüht, um so in den Gasen mitgerissenen Staub od. dgl. abzuscheiden. Anstelle eines Sprüh- oder Rieselabscheiders kann für den Abscheider 46 auch ein trockenarbeitender Staubsammler od. dgl. verwendet werden.

Von der Leitung zwischen dem Abscheider 46 und einem Gebläse 33 zweigt eine Zweigleitung 47 ab, so daß ein Teil des in den Abgasen enthaltenen Kohlenmonoxids (CO) auch als Brennstoff für den Vorwärmer 26 verwendet werden kann.

Ein Gaszufuhrventil 49 zur Steuerung der Zufuhr von frischem Gas und damit zur Steuerung der Zusammensetzung der rückgeführten Gase ist in eine Rohrleitung 48 eingesetzt, die am Auslaß einer Wärmetauseherschlange 25a des Wärmetauschers angeschlossen ist.

Ein Gasfühler 51 ist an die Druckleitung 50 des Gebläses 33 angeschlossen, und sein Ausgangssignal wird einer Steuereinheit 52 für die Gaszusammensetzung zugeführt. Die Steuereinheit 52 vergleicht das Ausgangssignal des Gasfühlers 51 mit einem Sollsignal entsprechend einer optimalen Gaszusammensetzung für die gewünschte Reduktion der Eisenerze und erzeugt ein Fehlersignal, in dessen Abhängigkeit das

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Ventil 49 geöffnet oder geschlossen wird, um frisches Gas in die in das Reaktionsgefäß 1 rückgeführten Gase einzuführen. Auf diese Weise kann die Zusammensetzung des Gases stets optimal gehalten werden.

Ein Strömungsmesser 54 ist an die Leitung 48 und ein weiterer Strömungsmesser 55 an die Saugleitung 53 des Gebläses 33 angeschlossen. Die Ausgangssignale der Strömungsmesser 54 und 55 werden einem Additionsglied 56 zugeführt, dessen Ausgangssignal seinerseits einer Steuereinheit 58 für die Hauptbrennstoffzufuhr zugeführt wird, welche ein in der Leitung sitzendes Hauptbrennstoffzufuhrventil 57 steuert.

In Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Additionsgliedes erfaßt die Steuereinheit 58 die gesamte Menge der in den Vorwärmer 26 eingelassenen Gase und erzeugt in Abhängigkeit von dieser erfaßten Menge ein Steuersignal für das Beschickungsventil 57, so daß dieses, geöffnet oder geschlossen wird und so die Menge des in den Vorwärmer 26 eingelassenen Brennst off gas es gesteuert wird.

Wie weiter oben erläutert ist, wird ein Teil der aus dem Reaktionsgefäß 1 abgeführten Gase als Brennstoff für den Vorwärmer 26 verwendet. Zusätzlich ist eine Brennstoffzuführleitung 59 vorgesehen, mit der Propan od. dgl. zugeführt wird. Ein Steuerventil 60 ist in die Brennstoffzufuhrleitung 59 eingesetzt.

Ein Temperaturfühler 61 ist in eine sich vom Vorwärmer 26 zum Reaktionsgefäß 1 erstreckenden Leitung eingesetzt, und sein Ausgangssignal wird an eine Temperatursteuereinheit angelegt. Die Temperatursteuereinheit 62 vergleicht das Ausgangssignal aus dem Fühler 61 mit einem einer optimalen oder vorbestimmten Temperatur entsprechenden Sollsignal und erzeugt ein Fehlersignal, in dessen Abhängigkeit das Steuerventil 60 geöffnet oder geschlossen wird.

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Abgase aus dem Vorwärmer 26 werden über einen Rauchkanal ausgetragen oder über einen Rauchkanal 64 rückgeführt, um die Zusammensetzung der zum Reaktionsgefäß 1 rückgeführten Gase zu steuern.

Im Betrieb läuft im Reaktionsgefäß 1 im wesentlichen die folgende Reaktion ab:

C + 1/2 O₂ — ■» CO

Dies bedeutet, daß reduzierendes CO erzeugt wird und die Feinerzpartikel reduziert.

Im sogenannten quasi-stationären Betrieb wird im Reaktionsgefäß 1 kontinuierlich reduzierendes Gas CO erzeugt.

Um diesen quasi-stationären Zustand aufrecht zu erhalten, müssen Gase wie CO, CO₂ usw. mit einer gesteuerten Temperatur in das Reaktionsgefäß 1 eingeführt werden.

Der Fühler 61 erfaßt die Temperatur der aus dem Vorwärmer ausgetragenen Gase, und sein Ausgangssignal wird der Temperatursteuereinheit 62 zugeführt. Die Temperatursteuereinheit 62 vergleicht das Ausgangssignal mit einem Vergleichsoder Sollsignal, welches der Temperatur entspricht, bei dem der quasi-stationäre Zustand aufrecht erhalten wird. Wenn die erfaßte Temperatur niedrig ist, wird das Steuersignal zum Öffnen dem Brennstoffzufuhrventil 60 zugeführt, um so die Verbrennung im Vorwärmer 26 zu erhöhen und damit die Temperatur der in das Reaktionsgefäß 1 einzuführenden Gase zu erhöhen.

Auf diese Weise werden die Gase immer in einem gesteuerten Temperaturbereich in das Reaktionsgefäß 1 eingeführt. Um jedoch optimale Reaktionsbedingungen im Reaktionsgefäß 1 aufrecht zu erhalten, muß die Temperatur der zugeführten Gase in einem noch engeren Temperaturbereich gesteuert werden.

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Hierzu wird die Temperatur im Reaktionsgefäß 1 durch den Temperaturfühler 39 erfaßt, dessen Ausgangssignal der Temperatursteuereinheit 40 zugeführt wird. Die Temperatursteuereinheit 40 vergleicht das Ausgangssignal mit dem Sollsignal, welches der optimalen Temperatur im Reaktionsgefäß entspricht, und erzeugt ein Fehlersignal. Wenn die erfaßte Temperatur beispielsweise niedrig ist, so wird ein solches Steuersignal der Spannungssteuereinheit 41 zugeführt, daß die an das Paar der Elektroden 23 angelegte Spannung erhöht wird. Als Folge hiervon wird die Joule¹sehe Wärme und dadurch die Temperatur im Reaktionsgefäß 1 auf die gewünschte Temperatur erhöht.

Gemäß der vorstehenden Erläuterung ist der Vorwärmer 26 die Hauptwärmequelle, während die Elektroden 23 eine Hilfswärmequelle darstellen, jedoch liegt es auf der Hand, daß auch die Elektroden 23 als Hauptwärmequelle dienen können, wenn der durch die Schwebeschicht A von den Elektroden durchgeleitete Strom entsprechend erhöht wird.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, lassen sich die erfindungsgemäßen Vorteile auch mit der vierten Ausführungsform erzielen. Da die zum Reaktionsgefäß 1 zurückzuführenden Gase vorgewärmt sind und die Temperatur im Reaktionsgefäß 1 durch entsprechende Änderung der an den Elektroden 23 anliegenden Spannung zusätzlich gesteuert wird, kann die Temperatur im Reaktionsgefäß 1 in einem gewünschten engen Temperaturbereich gehalten werden, so daß eine effiziente Reduzierung der Eisenerze erfolgen kann.

5. Ausführungsform gemäß Fig. 10 und 11

Die fünfte Ausführungsform stellt eine weitere Verbesserung und Verfeinerung der bisher erläuterten Ausführungsformen dar. Dabei ist ein Gasgenerator zur Erzeugung von Gas bei-

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spielsweise aus Kohle vorgesehen und wird das so erzeugte Gas zur Agitation der feinen Kohlepartikel verwendet, um so die Wirbelschicht zu bilden. Darüberhinaus können die Kohlenstoffsubstanzen, die ebenfalls im Gasgenerator erzeugt werden, als feine Kohlepartikel zur Bildung der Wirbelschicht verwendet werden.

Wie Fig. 10 veranschaulicht, ist das Gesamtsystem ähnlich demjenigen gemäß Fig. 6 oder gemäß Fig. 2. Mit 65 ist ein Kohlegasgenerator und mit 66 ein Kohlebeschickungseinlaß veranschaulicht. Der Gaseinlaß 67 des Gasgenerators 65 steht mit dem Ausgang 69 eines vorgeschalteten Gasmischers über eine Leitung 70 in Verbindung. Dadurch wird die Kohle D mit Luft oder Sauerstoff E im Gasgenerator 65 teilweise verbrannt. Teer G, der durch die teilweise Verbrennung der Kohle D erzeugt wird, wird durch einen Teerauslaß 61 am Boden des Gasgenerators 65 ausgetragen, während das Gas I, Koks J und Asche K über eine Rohrleitung 74 einem Gasabscheider 73 zugeführt werden, dessen Einlaß bei 73a veranschaulicht ist. Der Gasabscheider 73 scheidet das Gas I von dem Koks J und der Asche K ab.

Der Gasabscheider 73 steht über eine Rohrleitung 76 mit der Ringleitung 12 des Reaktionsgefäßes 1 in Verbindung. Der Auslaß 75 für Koks oder Holzkohle und Asche aus dem Gasabscheider 73 steht über eine Rohrleitung 86, einen Ascheabscheider 77 und eine Rohrleitung 87 mit einem Kohlepartikelförerer 78 oberhalb des Reaktionsgefäßes 1 in Verbindung. Mit 79 ist ein Förderer für Feinerz F bezeichnet.

Das Bezugszeichen 80 bezeichnet einen Staubsammler, der an eine Abgasleitung 81 angeschlossen ist, welche sich von der Oberseite des Reaktionsgefäßes 1 aus erstreckt. Der Staubsammler 80 dient auch als Kühler. Der Gasauslaß 82 des Staubsammlers 80, dessen Gaseinlaß mit 90 bezeichnet ist, steht

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über ein Gebläse 33 mit dem Abgaseinlaß 83 des Gasmischers in Verbindung. Mit M sind die Abgase (Gichtgase) und mit N der darin mitgeführte Staub bezeichnet.

In Betrieb wird Kohle D einer vorbestimmten Partikelgrö^e, die in Abhängigkeit von den gewünschten Partikelgrößen der Holzkohle oder des Kokses J zur Bildung der Wirbelschicht A gewählt wird, in den Gasgenerator 65 eingeführt. Luft oder Sauerstoff E wird durch den Einlaß 84 in den Gasmischer 68 und in den Gasgenerator 65 eingeführt, um eine Teilverbrennung der Kohlepartikel D herbeizuführen. Hierbei werden die Hochtemperaturgase I erzeugt, welche CO, CO₂, H₂ und H₂O, Koks J, Asche K und Teer G enthalten. Der Teer G wird über den Teeraustrag 71 abgelassen. Das Gas I, die Holzkohle oder der Koks J und die Asche K werden durch den Auslaß 72 und die Rohrleitung 74 dem Gasabscheider 73 über dessen Einlaß 73a zugeführt. Mit dem Gasabscheider 73 wird das Gas I vom Koks J und der Asche K getrennt. Nur das so abgeschiedene Gas I wird über den Gasauslaß 88 des Gasabscheiders 73, die Rohrleitung 76, die Ringleitung 12, die Gasvertexlerrohre 10 und der Ringgasverteilerlöcher 5 verteilt in das Reaktionsgefäß 1 eingeführt. Der Koks J und die Asche K werden vom Gasabscheider 73 ausgetragen und über die Rohrleitung 86 dem Ascheabscheider 77 zugeführt. Im Ascheabscheider 77 wird der Koks J von der Asche K getrennt und über die Zufuhrleitung 87 dem Förderer 78 zugeführt, über den Trichter 13 und Forderleitungen 85 wird das Reaktionsgefäß 1 mit der Holzkohle oder dem Koks J beschickt.

Der Koks J, der in das Reaktionsgefäß 1 eingeführt wird, wird von der Aufwärtsströmung des Gases I, welches CO, CO₂, H₂ und H₂O enthält, sowie das Gewicht des Kokses J selbst in der Schwebe gehalten, so daß die Schwebe- oder Wirbelschicht A ausgebildet wird.

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Dabei wird, wie im Falle der zweiten Ausführungsform, Spannung an die Elektroden 23 angelegt, so daß Strom in der Wirbelschicht A aus Koks J strömt und die Reaktionstemperatür auf eine vorbestimmte Höhe angehoben und dort gehalten wird.

In diesem Falle reagiert Kohlendioxid CO₂ im Gas I mit dem Koks J zur Erzeugung von Kohlenmonoxid CO nach der Gleichung:

C₊ CO₂ > 2 CO

Dies bedeutet, daß, wie im Falle der ersten oder zweiten Ausführungsform, die Wirbelschicht A in einer reduzierenden Atmosphäre liegt, die Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H enthält.·

Wenn die Feinerzpartikel F in das Reaktionsgefäß 1 unter diesen Bedingungen eingeführt werden, so laufen wie im Falle der ersten und der zweiten Ausführungsform die Reduktionsreaktionen und die Produktionsreaktionen hinsichtlich der Reduktionsatmosphäre ab,- wobei die Eisenerze reduziert werden. Mit L sind die reduzierten Eisenerze bezeichnet.

Bei dem System gemäß Fig. 11 ist der Auslaß 72 des Gasgenerators 65 unmittelbar durch die Rohrleitung 89 mit der Ringleitung 12 verbunden. Ein Gasabscheider, ein Ascheabscheider und ein Koksförderer sind somit nicht mehr vorhanden.

Daher werden bei dem System gemäß Fig. 11 das Gas I, der Koks J und die Asche K sämtlich unmittelbar in das Reaktionsgefäß 1 eingeführt und wird aus dem Koks J die Wirbelschicht A gebildet. Die anderen Verfahrensabläufe und Systemteile entsprechen im wesentlichen denjenigen gemäß Fig. 10, so daß sich eine weitere Erläuterung erübrigt.

Bei dieser fünften Ausführungsform wird eine Teilverbrennung von Kohle D zur Nutzbarmachung der dabei erzeugten Gase und

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des Kokses oder der Holzkohle durchgeführt, wobei sich jedoch versteht, daß die Kohle auch karbonisiert werden kann, so daß das erzeugte Gas und der erzeugte Koks in der weiter oben erläuterten Weise verwendet werden können. Weiterhin kann das reduzierende Gas auch aus anderen Kolenwasserst offen erzeugt werden.

Die fünfte Ausführungsform kann nicht nur in Kombination mit der ersten oder der zweiten Ausführungsform, sondern auch in Kombination mit der dritten oder vierten Ausführungsform verwendet werden. Wie die vorstehende Beschreibung zeigt, ist somit auch mit der fünften Ausführungsform das erfindungsgemäße Ziel zu erreichen.

Da bei der Teilverbrennung der Kohle erzeugte Holzkohle oder erzeugter Koks als Kohlenstoff enthaltende Substanz oder Kohlenstoffverbindung zur Bildung der Wirbelschicht verwendet wird, ergeben sich noch weitere Vorteile. So können Schwankungen hinsichtlich des spezifischen Gewichtes als auch hinsichtlich der Partikelgröße des Kokses infolge der Verdampfung flüchtiger Substanzen während der Reaktionen vermindert werden. Als Folge hiervon können die Kohleverbindungen in vorbestimmtem spezifischem Gewicht und vorbestimmter Größe über eine lange Zeitspanne hinweg erhalten werden und ergeben sich gleichförmige Qualitäten. Qualitätsabfälle und Ermüdungserscheinungen od. dgl. sind minimiert und somit die Lebensdauer erhöht. Auf diese Weise kann eine stabile Wirbelschicht aufrecht erhalten werden, so daß die Bildung, die Aufrechterhaltung und die Steuerung der Wirbelschicht wesentlich erleichtert wird. Da die Substanz zur Bildung der Wirbelschicht vorbestimmte Qualitätsmerkmale und Eigenschaften in der erläuterten Weise zuverlässig aufweist und eine stabile Wirbelschicht ausgebildet werden kann, kann die Trennung der reduzierten Eisenerze aus der Wirbelschicht wesentlich zufriedenstellender und im Hinblick auf den Unterschied im spezifischen Gewicht und der Partikel-

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größe zwischen den die Wirbelschicht bildenden Substanzen und den reduzierten oder metallisierten Eisenerzen auch wesentlich zuverlässiger erfolgen.

Wie vorstehend erläutert ist, werden erfindungsgemäß die feinen Kohlenstoffträgerpartikel in die erwärmte Gasatmosphäre eingeführt und so die Wirbelschicht gebildet, und sinken die Peinerzpartikel durch die so gebildete Wirbelschicht nach unten. Auf diese Weise werden die Feinerzpartikel wenigstens durch die Kohleträgerpartikel der Wirbelschicht und die Kohlenmonoxid enthaltende Atmosphäre reduziert, während das durch die Reaktionen erzeugte Kohlendioxid mit den Kohleverbindungen reagiert, so daß die Kohlenmonoxid enthaltende reduzierende Atmosphäre erzeugt wird. Als Folge hiervon ergibt sich mit der Erfindung eine Reihe wesentlicher Vorteile.

Anders als bei bekannten Verfahren zur direkten Reduktion laufen beim erfindungsgemäßen Verfahren die Erzeugung des reduzierenden Gases und die Reduktion des Eisenerzes gleichzeitig im Reaktorofen ab. Darüberhinaus wird die Reduktionsleistung erheblich erhöht und können die Kosten für eine direkte Reduktion von Eisenerzen erheblich vermindert werden.

Zusätzlich zu den Reaktionen zur Reduktion von Eisenerzen, kann die reduzierende Atmosphäre kontinuierlich oder intermittierend erzeugt werden, so daß keine Vorrichtung zur Erzeugung des reduzierenden Gases erforderlich ist. Als Folge hiervon sinken die Anlagekosten, so daß sich enorme wirtschaftliche Vorteile zusätzlich zu den technischen Vorteilen ergeben.

Da die feinen Kohleträgerpartikel, die Kohlepartikel oder dgl. in der reduzierenden Gasatmosphäre schweben, kann eine Druckagglomeration des reduzierten Eisenerzes und dessen

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Sinterung während der Reaktionen vermieden werden.

Da weiterhin die festen Reduktionsmittel, also etwa die feinen Kohlenstoffträgerpartikel, im Reaktor schweben, fallen die Fexnerzpartxkel aus, so daß eine automatische Abscheidung des reduzierten Eisenerzes durch Verwendung des Unterschiedes im spezifischen Gewicht und der Größe der Erzpartikel einerseits und der Kohlepartikel andererseits erzielt wird.

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Claims

Ishikawajima-Harima Jukogyo K.K. 19 206 60/st Tokio, Japan Patentansprüche

1. Verfahren zur direkten Reduktion von Eisenerzen in einer Schwebe- oder Wirbelschicht, dadurch gekennzeichnet, daß feine Kohlenstoff- oder Kohleträgerpartikel in der erwärmten Gasatmosphäre in einem Reaktionsgefäß schwebend gehalten werden und Feinerzpartikel zum Absinken in der Schwebe- oder Wirbelschicht in diese eingeführt werden, wobei die Feinerzpartikel durch die Kohlenmonoxid enthaltende reduzierende Atmosphäre und die feinen Kohleträgerpartikel der Wirbelschicht reduziert werden, während gleichzeitig die wenigstens Kohlenstoff und Kohlenmonoxid enthaltende reduzierende Atmosphäre erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht dadurch erwärmt wird, daß Spannung an im Reaktionsgefäß angeordnete Elektroden angelegt wird,

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Reaktionsgefäßen kaskadenartig mehrstufig angeordnet sind, und daß die Feinerzpartikel die Reaktionsgefäße nacheinander durchlaufen.

ORIGINAL INSPECTED

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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Reaktionsgefäß gesteuert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasgenerator zur Erzeugung reduzierenden Gases verwendet wird, wobei das reduzierende Gas als das Gas zur Ausbildung und Aufrechterhaltung der Wirbelschicht und die im Gasgenerator erzeugten Kohlenstoffverbindungen als feine Kohlenstoffpartikel verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierende Gasatmosphäre bezüglich wenigstens eines Gases der Gruppe bestehend aus Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Methan gesteuert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gichtgas zur Verwendung als Gas für die Erzeugung und Aufrechterhaltung der Wirbelschicht rückgeführt wird.

8· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Reaktionsgefäß gesteuert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Rückführung des Gichtgases der darin enthaltene Wasserdampf vor der Wiedereinführung in das Reaktionsgefäß entfernt wird.

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