EP0516613B1

EP0516613B1 - Anlage mit einem Schacht, insbesondere Reduktionsschachtofen

Info

Publication number: EP0516613B1
Application number: EP92890127A
Authority: EP
Inventors: Leopold Werner Dr. Dipl.-Ing Kepplinger; Wilhelm Schiffer; Wilhelm Stastny; Bernhard Rinner
Original assignee: Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH; Deutsche Voest Alpine Industrieanlagenbau GmbH
Current assignee: Deutsche Voest Alpine Industrieanlagenbau GmbH
Priority date: 1991-05-29
Filing date: 1992-05-26
Publication date: 1996-07-03
Anticipated expiration: 2012-05-26
Also published as: TW206985B; EP0516613A1; AT396482B; DE59206689D1; AU649829B2; CA2069859A1; JPH0672248B2; KR960002482B1; AU1719692A; US5271609A; ATA109491A; KR920021719A; CA2069859C; ZA923952B; JPH05148522A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Es ist aus der DE-31 41 280 A und aus der DE-38 34 969 A bekannt, das Schüttgut über eine im oberen Endteil des Schachtes angeordnete Beschickungseinrichtung dem Schacht zuzuführen. Die Beschickungseinrichtung ist von einer Mehrzahl von gegenüber dem Schacht starr angeordneten Rohren gebildet, über die das Schüttgut unter Bildung einer Mehrzahl von Schüttgutkegeln, deren jeweilige Spitze stets in gleicher Höhe bei der Mündung des zugehörigen Rohres liegt, in den Schacht gelangt. Die kontinuierliche Zuführung des Schüttgutes bietet den Vorteil der Temperaturkonstanz im oberen Endbereich des Schachtes, die bei einer diskontinuierlichen Einbringung des Schüttgutes, wie zum Beispiel bei einem Hochofen mit einer als Drehschurre ausgebildeten Beschickungseinrichtung, nicht gegeben ist, da durch das chargenweise und in der Regel kalt eingebrachte Schüttgut ein plötzlicher Abfall der Gastemperatur erfolgt.
Nachteilig ist jedoch bei den bekannten kontinuierlichen Beschickungseinrichtungen, daß es am Schüttgutkegel zu einer Entmischung des Feinkorn- vom Grobkornanteil des Schüttgutes kommt, da der Grobkornanteil an der Oberfläche des Schüttgutkegels weiter abrollt als das feinteilige Schüttgut. Hierdurch kommt es zu einer ungleichen Durchgasung des Schüttgutes und im Falle einer Direktreduktion von Eisenerz zu einem ungleichen Reduktionsgrad, wobei diese Ungleichheit noch dadurch verstärkt wird, daß an Stellen einer höheren Durchgasungsgeschwindigkeit die Gase eine höhere Temperatur aufweisen.
Bei einer sogenannten V-Schüttung (bekannt aus der DE-31 41 280 A) gelangen - bedingt durch die Entmischung - die gröberen Partikel des Einsatzgutes in die Mitte, die feineren bleiben am Rand. Hierdurch wird der Gasstrom sehr stark zur Mitte gedrängt. Bei einer sogenannten M-Schüttung (bekannt aus der DE-38 34 969 A) bzw. A-Schüttung laufen die gröberen Partikel zum Rand, die feineren bleiben mehr in der Mitte. Dabei wird wiederum der Gasstrom mehr zum Rand gedrängt, da erstens der spezifische Widerstand einer Grobkornschüttung geringer ist und zweitens der Weg zur Schüttungsoberfläche kürzer ist.
Bei der Reduktion von Stückerz ist eine gleichmäßige Durchgasung und Erwärmung im Schachtoberteil besonders wichtig, weil der Temperaturbereich des Niedrigtemperaturkornzerfalles (bis 7500) möglichst rasch durchschritten werden soll. Schlecht durchgaste Zonen werden langsamer erwärmt, woraus sich ein stärkerer Kornzerfall ergibt, was wiederum wegen des geringeren Lückenvolumens zu einem größeren Druckverlust und damit zu einer noch schlechteren Durchgasung führt. Insbesondere bei staubhaltigen Gasen kann die Erzschüttung als Festbettfilter dienen und damit die Durchgasung der Randpartien behindern.
Aus der DE-1 151 822 B ist eine Anlage bekannt, bei der das Schüttgut mit Hilfe einer als Förderband ausgebildeten Beschickungsvorrichtung mit gleichbleibender Zuführungsgeschwindigkeit in das Innere des Schachtes gefördert wird, wobei die Beschickungsvorrichtung einen horizontal beweglichen Wagen aufweist, so daß das Beschickungsgut an verschiedenen Stellen des Schachtquerschnittes einbringbar ist. Mittels eines Thermoelementes, welches an dem Wagen etwa an der Stelle angeordnet ist, an der das Beschickungsgut abgeworfen wird, lassen sich die Gastemperaturen messen, und in Abhängigkeit derselben kann die Vorschubgeschwindigkeit der Beschickungsvorrichtung derart geregelt werden, daß über Stellen von verhältnismäßig hoher Durchlässigkeit die Materialabgabe gesteigert und über Stellen von verhältnismäßig niedriger Durchlässigkeit die Materialabgabe vermindert wird.
Nachteilig ist hierbei die relativ komplizierte Beschickungsvorrichtung, insbesondere für einen Schacht mit hohen Gastemperaturen. Weiters ist nachteilig, daß die Temperaturmeßeinrichtung mit dem Förderband über den Querschnitt des Schachtes verfahren wird, so daß immer nur die Temperatur an einer Stelle, nämlich an der Abwurfstelle des Beschickungsgutes, festgestellt werden kann. Hierdurch ist es nicht möglich, Abweichungen in der Temperaturverteilung über den gesamten Schachtquerschnitt festzustellen und zu korrigieren.
Aus der EP-0 261 432 A ist es bei einem Durchgasungsschacht bekannt, mit Hilfe einer Temperaturmessung die Schüttguteinbringung in den Schacht zu steuern. Dies erfolgt jedoch nicht kontinuierlich, sondern durch diskontinuierliches Chargieren, was gemäß der EP-0 261 432 A unbedingt erforderlich ist, da im achsnahen Teil des Schachtinnenraumes Schüttgut mit einer anderen Zusammensetzung chargiert werden soll als im radial anschließenden äußeren Bereich des Schachtinnenraumes. Hier besteht zudem die Gefahr der Beschädigung der Temperaturmeßeinrichtung durch beim Chargiervorgang herabfallendes Chargiergut, da die Temperaturmeßeinrichtung unterhalb der Chargiereinrichtung angeordnet ist.
Die FR-1 406 976 A zeigt eine Anlage mit einer Beschickungseinrichtung, bei der ein Beschickungsrohr am oberen Ende des Ofens drehbar gelagert ist. Dieses Beschickungsrohr ist im unteren Abschnitt abgewinkelt, und es erweitert sich zur unteren Mündung hin, um so annähernd den halben Durchmesser des Ofens bestreichen zu können. Im Inneren enthält dieses Beschickungsrohr eine Trennwand sowie oberhalb davon eine Klappe, um das Beschickungsgut auf den einen oder anderen Teilkanal verteilen zu können, d.h. entweder mehr radial außen oder mehr radial innen dem Ofen zuzuführen. Am unteren Ende des rotierenden Beschickungsrohres sind ferner drei Gebereinrichtungen vorgesehen, um die Temperatur, den Druck sowie die Gaszusammensetzung auf verschiedenen Radien (innen, mittig und außen) zu erfassen. Diese Gebereinrichtungen sind innerhalb des Beschickungsrohres angebracht, wo der Schüttgutstrom zugeführt wird; überdies erfolgt eine Temperatur-, Druck- und Gaszusammensetzungsmessung immer an der jeweiligen Stelle des rotierenden Beschickungsrohres.
Eine gattungsgemäße Anlage in Form eines Schachtofens ist aus der US-4 178 151 A bekannt. Dabei ist innerhalb des Oberteils des Schachtes eine Mehrzahl von Mündungsrohren zur Bildung von Schüttkegeln vorgesehen, wobei diese Rohre ortsfest und in regelmäßigem Abstand zueinander und im Abstand zur Ofenwand angeordnet sind. Die Mündungsrohre sind mit Beschickungsrohren verbunden, die von einem Beschickungstrichter ausgehen. Jedem Mündungsrohr sind Temperaturmeßeinrichtungen in Form von Meßstellen mit Thermoelementen zugeordnet, die unterhalb der Mündungsrohre an der Ofenwand angebracht sind und im Betrieb innerhalb des Schüttgutmaterials liegen sollen. Bei einem krassen Temperaturanstieg an einer Meßstelle wird dem Bedienungspersonal signalisiert, daß bei den betreffenden Mündungsrohren zuwenig Schüttgutmaterial vorhanden ist. Einrichtungen zur individuellen Dosierung der Schüttgutmenge zu den einzelnen Mündungsrohren sind nicht vorgesehen. Durch die starre Anordnung der Mündungsrohre werden die Schüttgutkegel stets an den gleichen Stellen gebildet.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der beschriebenen Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, eine Anlage der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche eine gleichmäßige Behandlung des Schüttgutes, d.h. eine gleichmäßige Durchgasung desselben, über den gesamten Querschnitt des Schachtes bei geringem konstruktivem Aufwand sicherstellt und eine hohe Betriebssicherheit aufweist.
Ausgehend von einer Anlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles dieses Anspruches gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an mehreren Ausführungsformen näher erläutert; es zeigen:

Fig.1 den Oberteil eines Schachtes eines Direktreduktionsschachtofens zur Direktreduktion von Eisenerz im Längsschnitt;
Fig.2 einen gemäß der Linie II-II der Fig.1 geführten Schnitt gemäß einer ersten Ausführungsform; und
die Fig.3, 4 und 5 jeweils weitere Ausführungsformen in zu Fig.l analoger Darstellung.

Mit 1 ist ein Oberteil eines feuerfest ausgekleideten im wesentlichen zylindrischen Schachtes 2 eines Direktreduktionsschachtofens bezeichnet, in dem von oben kontinuierlich chargiertes stückiges Schüttgut, nämlich Eisenerz 3, mittels den Schacht 2 von unten nach oben durchströmenden Reduktionsgas reduziert wird. Die Einleitung des Reduktionsgases erfolgt in bei diesem Reduktionsverfahren üblicher Weise durch am unteren Drittel der Höhe des Schachtes 2 an dessen Mantel 4 angeordnete Speiseleitungen.
Die Beschickung des Schachtes mit dem eisenhältigen Schüttgut 3 erfolgt über eine Beschickungseinrichtung 5, die gemäß der in Fig.1 dargestellten Ausführungsform einen zentral zum Schacht 2 angeordneten und oberhalb des Schachtes 2 liegenden Sammelbehälter 6 aufweist. Von dem Sammelbehälter 6, der von oben über eine zentrale Öffnung 7 kontinuierlich oder diskontinuierlich beschickt wird, gehen sechs um die Längsachse 8 des Schachtes gleichmäßig verteilt angeordnete Beschickungsrohre 9 aus, die durch die Decke 10 des Schachtes 2 in dessen Inneres 11 münden.
An den knapp unterhalb der Decke 10 liegenden Enden 12 der Beschickungsrohre 9 sind rohrförmige Mündungsstücke 13 angelenkt, wobei die Anlenkung so getroffen ist, daß die Mündungsstücke 13 von der Längsachse 8 des Schachtes 2 aus gesehen in radialer Richtung verschwenkt werden können. Das obere Ende 14 jedes im wesentlichen gerade und zylindrisch ausgebildeten Mündungsstückes 13 ist trichterförmig erweitert, um in jeder der Schwenkstellungen der Mündungsstücke 13 über das untere Ende 12 des zugehörigen Beschickungsrohres 9 zu ragen, so daß sämtliches durch die Beschickungsrohre 9 absinkendes Schüttgut 3 durch die nachgeordneten Mündungsstücke 13 fließt und einen an der unteren ebenfalls erweitert ausgebildeten Öffnung 15 anschließenden Schüttgutkegel 16 bildet.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, liegen die Spitzen 17, d.h. die oberen Enden der Schüttgutkegel 16 in Abhängigkeit der Schwenklage der Mündungsstücke 13 näher an oder weiter entfernt von der Längsachse 8 des Schachtes 2 sowie in geringem Maß höher oder tiefer.
Zum Verschwenken der Mündungsstücke von der in Fig. 1 mit vollen Linien dargestellten Lage in die in Fig. 1 mit strichpunktierten Linien gezeigte Lage dient ein oberhalb der Decke 10 des Schachtes 2 und geschützt in einem Gehäuse angeordneter Stellzylinder 18, dessen Kolben 19 über ein über Umlenkrollen 20 in das Innere 11 des Schachtes 2 geführtes Seil 21 an einem mit dem Stellzylinder 18 heb- und senkbaren Stellkeil 22 befestigt ist. An dem Stellkeil 22 liegen an den Mündungsstücken 13 befestigte und radial nach innen abstehende Gleitkufen 23 an, die sich nach oben in radialer Richtung zur Längsachse 8 hin erweitern.
An der Decke 10 des Schachtes 2 ist seitlich der Einmündungen der Beschickungsrohre 9 eine Gasabzugsöffnung 24 vorgesehen.
Knapp oberhalb der von den unteren Öffnungen 15 der Mündungsstücke 13 einnehmbaren obersten Lage sind in einer Querschnittsebene Q des Schachtes 2 verteilt mehrere Temperaturmesseinrichtungen 25 vorgesehen, die vorzugsweise als Thermoelemente ausgebildet sind. Diese Thermoelemente 25 sind im Inneren von sich radial über den Querschnitt des Schachtes 2 erstreckenden Stahlrohren 26, in denen auch die elektrischen Anschlußleitungen 27 geführt sind, angeordnet. Die Stahlrohre 26 ragen durch den Mantel 4 des Schachtes 2 nach außen. Die elektrischen Anschlußleitungen 27, die über die Stahlrohre 26 nach außen geführt sind, sind an eine nicht dargestellte Rechen- und Steuereinheit angeschlossen, die wiederum mit dem Stellzylinder 18 zur Verstellung der Position der Mündungsstücke 13 in der nachfolgend beschriebenen Weise gekoppelt ist.
Bei einer stationären Schüttung des Schüttgutes 3 im Inneren 11 des Schachtes 2 kommt es zu einer Entmischung des Schüttgutes, da der Grobanteil des Schüttgutes 3 am Schüttgutkegel 16 weiter nach außen rollt. Hierdurch sammelt sich im Zentrum des Schüttgutkegels, also dort wo der Schüttgutkegel 16 seine größte Höhe und damit den längsten Gasdurchtrittsweg aufweist, das feinere Schüttgut 3, so daß zusätzlich zum längsten Gasdurchtrittsweg noch eine gegenüber den Randzonen eines Schüttgutkegels 16 erniedrigte Gasdurchlässigkeit auftritt. Dies bedingt eine ungleiche Durchgasung und damit einen ungleichmäßigen Reduktionsgrad des Erzes.
Oberhalb der Stellen, an denen das Gas schneller durch das Schüttgut 3 dringt, weist das aus dem Schüttgut 3 austretende Gas eine höhere Temperatur auf, so daß aufgrund der in einer Querschnittsebene Q gemessenen Temperaturwerte auf die Behandlungsdauer durch das das Schüttgut unterhalb der Temperaturmeßeinrichtung 25 durchströmende Gas geschlossen werden kann. Erfindungsgemäß erfolgt bei über ein bestimmtes Maß von einem Temperaturwert abweichenden gemessenen Temperaturwerten eine anderung des Einbringens des Schüttgutes 3 dahingehend, daß die Lage der Schüttgutkegel 16 versetzt wird, und zwar gemäß der in den Fig 1 und 2 dargestellten Ausführungsform in radialer Richtung so weit, bis die in der Querschnittsebene Q gemessenen Temperaturwerte gleich groß sind oder nur um ein solches Maß voneinander abweichen, daß über den Querschnitt des Schachtes 2 gesehen auf eine Konstanz der das Schüttgut 3 durchströmenden Gasmenge und damit auf eine gleichmäßige Behandlung des Schüttgutes 3 durch das Gas geschlossen werden kann.
Gemäß der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform, bei der in jeder der beiden Bildhälften je ein Betriebszustand dargestellt ist, weist die Beschickungseinrichtung 5 sowohl ein zentrales Beschickungsrohr 9′ als auch von diesem radial in einer bestimmten Entfernung liegende Beschickungsrohre 9 auf. Alle Beschickungsrohre 9, 9′ sind jeweils mit einem teleskopisch über das Beschickungsrohr 9, 9′ schiebbaren und in verschiedenen Schiebepositionen fixierbaren Mündungsstück 13′ versehen, wodurch es möglich ist, die Austrittsöffnungen 15 der Beschickungseinrichtung 5 in unterschiedliche Höhen zu bringen. Als Folge davon ergeben sich nicht nur in unterschiedlichen Höhen liegende Spitzen 17 der Schüttgutkegel 16 sondern auch unterschiedliche Schüttungsarten, wie z.B. eine A-Schüttung, die in der Linken Bildhälfte der Fig. 3 dargestellt ist, oder eine V-Schüttung, die in der rechten Bildhälfte der Fig. 3 gezeigt ist.
Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform ermöglicht ebenfalls das Variieren zwischen einer V-Schüttung und einer A-Schüttung, wobei die Darstellung analog zu der der Fig. 3 ist. Hier ist im Inneren der Beschickungseinrichtung 5 ein in vertikaler Richtung in unterschiedliche Positionen verschiebbarer und in diesen Positionen fixierbarer und als Zylinder ausgebildeter Schieber 28 vorgesehen, der in gehobener Position die radial äußeren Mündungsstücke 13˝, die einstückig mit den Beschickungsrohren 9, 9˝ ausgebildet sind, verschließt und in abgesenkter Position das zentral angeordnete Mündungsstück 13˝ unter Zuhilfenahme eines zentrisch im Inneren desselben angeordneten kegelförmigen Einsatzes 29 absperrt.
Gemäß der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform, die ähnlich der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist, ist die Verschwenkbarkeit der Mündungsstücke 13 soweit gegeben, daß eine reine A-Schüttung erreicht werden kann, wenn die Mündungsstücke 13 nach innen bis zur Längsachse 8 des Schachtes 2 geschwenkt sind.

Claims

Anlage, insbesondere Reduktionsschachtofen zur Direktreduktion metallischer Erze (3), mit einem Schacht (2), der an seinem oberen Endbereich eine Gasabsaugung (bei 24), eine Beschickungseinrichtung (5) zum kontinuierlichen Beschicken von Schüttgut (3), mit einer Mehrzahl von ortsfesten Beschickungsrohren (9; 9'), welchen innerhalb des oberen Endbereiches des Schachtes (2) zur Bildung von im Schacht (2) liegenden Schüttgutkegeln (16) Mündungsstücke (13; 13'; 13") zugeordnet sind, sowie im oberen Endbereich des Schachtes (2) mehrere außerhalb der Beschickungsrohre (9; 9') in einer Querschnittsebene (Q) auf verschiedenen Durchmesserlinien fest angebrachte Temperaturmeßeinrichtungen (25) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtungen (25) zum Messen der Temperatur des aus dem Schüttgut (3) austretenden Gases an einer Mehrzahl von über den freien Querschnitt des Schachtes (2) verteilten Stellen in verschiedenen Abständen von der Schachtmitte oberhalb des Schüttgutes (3) vorgesehen sind, und daß zur temperaturabhängigen Steuerung der Schüttguteinbringung die Mündungsstücke (13; 13'; 13") entweder
- mittels einer Betätigungseinrichtung (18, 22) in bezug auf den Schachtquerschnitt in radialer Richtung verstellbar (Fig.1, 5), oder

- höhenmäßig mittels einer Betätigungseinrichtung versetzbar (Fig.3), oder

- mittels einer Betätigungseinrichtung wahlweise absperrbar (Fig.4)
sind.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Mündungsstück (13') als Rohrteleskop ausgebildet ist (Fig.3).
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Mündungsstücke (13) als schwenkbare Verlängerungen der ortsfesten Beschickungsrohre (9) ausgebildet sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsstücke (13, 13', 13") in bezug auf den Schachtquerschnitt radial symmetrisch angeordnet sind.
Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein rohrförmiges Mündungsstück (13', 13") in bezug auf den Schachtquerschnitt zentrisch angeordnet ist (Fig. 3, 4).
Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß von dem zentrischen Beschickungsrohr (9') in bezug auf den Schachtquerschnitt radial gerichtete rohrförmige Beschickungsrohre (9) ausgehen und im Inneren des zentrischen Beschickungsrohres ein wahlweise eines oder mehrere der radial äußeren, an den Beschikkungsrohren (9) angeordneten Mündungsstücke (13") oder das zentrische Mündungsstück (13") verschließender und mit einer Betätigungseinrichtung verstellbarer Schieber (28) vorgesehen ist (Fig.4).
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtungen (25) an den Schachtinnenraum (11) in seinem die Beschickungseinrichtung (5) aufweisenden Bereich überspannenden Trägern (26) angeordnet sind.
Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger von Stahlrohren (26) gebildet sind, und daß die Temperaturmeßeinrichtungen (25) sowie die zu den Temperaturmeßeinrichtungen (25) führenden Meßleitungen (27) im Inneren der Stahlrohre (26) angeordnet sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtungen (25) zwischen den Mündungsstücken (13, 13', 13") angeordnet sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtungen (25) mit einer Rechen- und Steuereinheit gekoppelt sind, die wiederum mit der Betätigungseinrichtung (18 bis 23) zum Versetzen mindestens eines der Mündungsstücke (13, 13') (Fig. 1, 3, 5) bzw. zum Verstellen des Schiebers (28) zwischen dem zentralen Mündungsstück (13") und den radial äußeren Mündungsstücken (13") (Fig.4) gekoppelt ist.