Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten aus von Eisenerzen und Zuschlägen gebildeten Einsatzstoffen, wobei die Einsatzstoffe in einer Reduktionszone einer weitgehenden Reduktion unterzogen und dann einer Schmelzzone oder einem Schmelzaggregat, insbesondere einem Einschmelzvergaser, zum Erschmelzen unter Zusatz von Kohlenstoffträgern und sauerstoffhaltigem Gas unter Ausbildung eines Festbettes, zugeführt werden, wobei ein CO- und H ₂ -hältiges Reduktionsgas gebildet wird, das in die Reduktionszone eingeleitet, dort umgesetzt und als Topgas abgeleitet wird wobei das heiße, feststoffbeladene Topgas, unter zumindest teilweiser Abscheidung der Feststoffe aus dem Topgas, zumindest einer trockenen Staubabscheidung, insbesondere einer Grobabscheidung, unterzogen wird und zumindest Teile der abgeschiedenen heißen Feststoffe in die Schmelzzone oder das Schmelzaggregat oder in eine Reduktionszone rückgeführt werden,.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass Prozessgase einerseits in unterschiedlichen Prozessstufen oder in kombinierten Prozessen genutzt werden, andererseits müssen abgeleitete Prozessgase behandelt werden, damit sie einer weiteren Verwertung zugeführt werden können. Bekannte Verfahren wenden dazu häufig Reinigungsverfahren für die abgeleiteten Prozessgase an, wobei die Gase gekühlt werden müssen, sodass viel Energie abgeführt werden muss und Wärmeinhalt verloren geht.

Die JP 05-078722A beschreibt ein Schmelzreduktionsverfahren, bei dem das Topgas heiß entstaubt und der Staub zusammen mit vorreduziertem Material in das Schmelzaggregat eingebracht wird. Nachteilig ist dabei insbesondere, dass Heißgaszyklone nur eine unzureichende Entstaubung erzielen.

Aus der AT 406964 B ist es bekannt die Abwärme von Topgas aus einem Reduktionsaggregat zu nutzen, wobei vorab eine Heißgasfilterung erfolgt. Die Wiederverwertung der Stäube wird nicht gelöst.

Ebenso ist es aus der WO 2005/054520 bekannt Topgas mittels eines Wäschers zu reinigen und das Topgas einer erneuten Nutzung zuzuführen. Nachteilig ist dabei die große Menge an anfallenden Schlämmen.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, wobei abgeleitete Prozessgase effizienter genutzt werden und somit die Gesamtprozesseffizienz erhöht werden kann.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird entsprechend dem Verfahren nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und der Vorrichtung nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 12 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht die Behandlung eines aus einer Reduktionszone abgeleiteten, feststoffbeladenen Topgases vor, wobei durch eine trockene Grobabscheidung Feststoff abgeschieden und wieder in den Prozess zurückgeführt wird. Der abgeschiedene Feststoff wird in eine Schmelzzone, z.B. in einem Schmelzaggregat oder in eine Reduktionszone rückgeführt. In einer zusätzlichen Feinabscheidungsstufe wird das Topgas weiter gereinigt, wobei die in der Feinabscheidungsstufe abgeschiedenen Feststoffe in den Einschmelzvergaser und/oder in die Schmelzzone rückgeführt oder aus dem Verfahren ausgeschleust werden können.

Die Schmelzzone und die Reduktionszone können auch als Teile eines Hochofens ausgebildet sein.

Aufgrund der trockenen Abscheidung entstehen keine Schlämme, sodass auch keinerlei Aufbereitungseinrichtungen für derartige Schlämme nötig sind. Weiters wird die Wärmeenergie des feststoffbeladenen Topgases nur geringfügig reduziert, sodass dieses Topgas bzw. dessen Wärmeenergie für eine weitere Nutzung zur Verfügung steht. Durch die Grobabscheidung ist es möglich eine weitgehende Abtrennung der Feststoffe aus dem Topgas zu erzielen, sodass nur mehr geringe Mengen an Feststoff im Topgas verbleiben. Durch die Rückführung in das Schmelzaggregat können im Feststoff enthaltene Wertstoffe wie z.B. Eisen- und/ oder Kohlenstoffverbindungen genutzt werden.

Das Topgas wird nach der trockenen Grobabscheidung zumindest einer zusätzlichen Feinabscheidungsstufe, unter zumindest teilweiser Abscheidung der im Topgas verbliebenen Feststoffe, unterzogen, wobei der in dieser Abscheidungsstufe

abgeschiedene Feststoff in den Einschmelzvergaser oder die Schmelzzone rückgeführt oder aus dem Verfahren ausgeschleust wird. Durch eine weitere Abscheidungsstufe kann einerseits das Topgas weiter gereinigt und somit weitgehend von Feststoffen befreit werden, andererseits kann der dabei abgetrennte Feststoff unabhängig vom Feststoff, der in der ersten Stufe abgetrennt wurde, behandelt bzw. verwendet werden. Dies ermöglicht eine Fraktionierung der Feststoffe und damit eine gesonderte Verwendung dieser abgeschiedenen Feststoffe.

Erfindungsgemäß werden dem abgeschiedenen Feststoff, insbesondere für den Fall, dass er hohe Anteile an Schlackenbildnern aufweist, vor dem Eintrag in den Einschmelzvergaser oder die Schmelzzone Eisen- und/oder Kohlenstoffträger, insbesondere Eisen- oder Kohlenstoff-hältige Stäube, getrocknete Schlämme oder Feinerz, zugesetzt und zwar derart, dass der Feststoff zusammen mit den Zusätzen einen Gehalt von >30%, insbesondere >50%, an Eisen und Kohlenstoff aufweist. Feststoffe im Topgas können unterschiedlich hohe Anteile an Wertstoffen, wie Eisen- und/oder Kohlenstoffträgern und Schlackenbildnern wie z.B. Oxiden aufweisen. Für den Fall, dass der Feststoff sehr hohe Gehalte and Schlackenbildnern aufweist, könnte eine Rückführung in das Schmelzaggregat zu einer Verschlechterung der Situation in der Schmelze, insbesondere zu einer ungewünschten Anreicherung von schlackenbildenden Elementen führen. Um eine derartige Situation zu vermeiden, wird nur Feststoff mit einem Mindestgehalt an Eisen und Kohlenstoff zugesetzt. Um diese Mindestgehalte zu erzielen kann es für bestimmte Verfahren nötig sein, dem abgeschiedenen Feststoff Eisen- und/oder Kohlenstoffträger zuzusetzen und gemeinsam in das Schmelzaggregat einzubringen. Dabei können erfindungsgemäß zusätzliche Hüttenreststoffe, wie Stäube oder Schlämme oder auch Feinerze verwertet werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der ausgeschleuste Feststoff zunächst zur Anreicherung der Eisen- und Kohlenstoffgehalte aufbereitet, insbesondere mittels einer Staubsichtung, einer Hydrozyklonierung, einer Flotation und/oder einer Auswaschung wasserlöslicher oder leicht suspendierbarer Komponenten, und dann in das Schmelzaggregat oder in die Schmelzzone eingebracht. Die Art der Anreicherung kann entsprechend der vorliegenden Ressourcen aber auch der Anlagen angepasst werden, wobei die Art der Aufbereitung entsprechend aus den bekannten technischen Verfahren gewählt werden kann.

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Eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Eintrag des abgeschiedenen Feststoffes bevorzugt mittels Agglomerationsbrenner in den oberen Teil des Schmelzaggregates, insbesondere unmittelbar oberhalb des Festbettes, erfolgt. Dies ermöglicht eine sofortige Umsetzung des Feststoffes im Schmelzaggregat im Bereich über dem Festbett, wobei eine rasche Vergasung und Verbrennung erfolgt und das heiße Gas mit der Festbettoberfläche in Kontakt kommt, wobei es einen Teil seines Wärmeinhaltes auf das Festbett überträgt. Die Staubstrahlung trägt aufgrund der großen Hitze sehr erheblich zur Wärmeübertragung bei. überdies wird der Wärmeinhalt des im Brennerstrahl agglomerierten Staubes, welcher auf der Festbettoberfäche abgeschieden wird - neben seiner stofflichen Substanz -in das Festbett eingebracht. Unter Agglomerationsbrenner versteht der Fachmann eine Einrichtung, in der Hitze durch eine Verbrennung von z. B. Kohlenstoffträgern erzeugt wird. Staub wird mit Hilfe eines Treibgases, wie z.B. Stickstoff, in einem Treibgasstrom befördert und in den Bereich der Hitze eingeleitet, wobei es zum Erweichen nicht brennbarer Anteile des Staubes kommt, sodass die Partikel des Staubes agglomerieren und Agglomerate in das Schmelzeaggregat eingebracht werden.

Erfindungsgemäß werden Feststoffpartikel aus dem Reduktionsgas vor dessen Einleitung in die Reduktionszone abgetrennt und diese gemeinsam mit dem aus dem Topgas abgeschiedenen Feststoff in das Schmelzaggregat eingebracht. Feststoffe in Prozessgasen sind zumeist nachteilig, sodass die Gase zunächst von den Feststoffen befreit werden. Das im Schmelzaggregat erzeugte Reduktionsgas wird der Reduktionszone zugeführt, wobei dieses Reduktionsgas beim Austritt aus dem Schmelzaggregat zumeist mit Feststoffen beladen ist. Dazu wird zumeist eine Abscheideeinrichtung vorgesehen, die eine Abtrennung des Feststoffes vor dessen Einleitung in die Reduktionszone sicherstellt, sodass die Reduktionszone nicht mit den Feststoffen, die überwiegend aus Stäuben und kleinen Partikeln bestehen, belastet wird. Die in dieser Abscheideeinrichtung abgetrennten Feststoffe werden in das Schmelzaggregat rückgeführt. Feststoffe, die vom Topgas abgeschieden wurden können nun zusammen mit den vom Reduktionsgas abgeschiedenen Feststoffen in das Schmelzaggregat rückgeführt werden. Die Zusammenführung der Feststoffe kann vor und nach der Abscheideeinrichtung für das Reduktionsgas erfolgen.

Eine weitere besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der abgeschiedene Feststoff, gegebenenfalls unter Zumischung von Feinerzen und/oder Eisen- und/oder Kohlenstoffträgern, einer Agglomeration zugeführt und als

Agglomerat, gegebenenfalls zusammen mit Kohlenstoffträgern und/oder mit Eisenträgern, in das Schmelzaggregat eingebracht wird. Durch die Agglomeration der abgeschiedenen Feststoffe wird nicht nur deren Handhabung vereinfacht, sondern es ist auch möglich durch die genannte Zumischung die Zusammensetzung gezielt zu beeinflussen und damit etwa die Energiebilanz bzw. die Prozesseffizienz des Schmelzprozesses zu verbessern oder auch den Schmelzprozess über die Zumischungen zu beeinflussen. Dabei können auch die genannten Eisen- und Kohlenstoffträger verwertet werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die zusätzliche Feinabscheidungsstufe eine oder mehrere Trockenentstaubungs- stufen, insbesondere Staubfilter, Zyklone oder Staubsäcke, auf. Durch die zusätzliche Abscheidungsstufe wird der nach der Grobabscheidung im Topgas verbliebene Feststoff nahezu vollständig abgeschieden, sodass ein Topgas mit einem sehr geringen Gehalt an Feststoffen erzielt wird. Durch eine Mehrzahl an Abscheidungsvorgängen kann das Abscheideergebnis entsprechend verbessert werden. Dazu können bekannte Einrichtungen, wie zum Beispiel Staubfilter, Zyklone oder Staubsäcke eingesetzt werden, um die gewünschte Abscheidung zu erzielen. Die Einrichtungen werden entsprechend den Anforderungen an die Reinheit des Topgases ausgelegt und entsprechend die Anzahl der Einrichtungen festgelegt.

Erfindungsgemäß weist die zusätzliche Feinabscheidungsstufe eine oder mehrere Nassentstaubungsstufen, insbesondere Wäscher, auf. Es hat sich gezeigt, dass es in manchen Fällen vorteilhaft ist, wenn die Reinigung durch eine Nassentstaubung erfolgt, weil es hierbei zu einer Kühlung des behandelten Gases kommt und das gereinigte Topgas für eine weitere Verwendung mit einer geringeren Temperatur benötigt wird. Die Anzahl der Wäscher wird entsprechend der benötigten Reinheit und der Menge an Topgas, das gereinigt werden muss festgelegt. Abhängig von der weiteren Verwendung des gereinigten Topgases, kann die Anwendung einer Nassentstaubung auch aufgrund der Notwendigkeit der Entfernung filtergängiger Stoffe angezeigt sein.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das gereinigte Topgas zur Nutzung dessen Druckenergie einer Entspannungsturbine zugeführt wird. Damit lässt sich die Gesamtenergiebilanz des Verfahrens steigern, da auch die Wärme- und die Druckenergie des Topgases genutzt werden kann.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Topgas vor und/oder nach der trockenen Abscheidung mittels Wasser-, Dampf-, oder Kühlgaseindüsung gekühlt, wobei unter zumindest teilweiser Verdampfung des Wassers das Gasvolumen erhöht wird. Die Kühlung des Topgases ist zum einen nötig, wenn ein sehr heißes Topgas vorliegt, da die Einrichtungen zur Abscheidung einer sehr hohen thermischen Belastung nicht dauerhaft standhalten bzw. eine besonders teure Ausstattung dieser Einrichtungen die Folge wäre. Durch die Verdampfung wird zusätzliche Druckenergie im Topgas erzeugt, das in weiterer Folge in einem gesonderten Prozessschritt genutzt werden kann. Durch die Kühlung des Topgases werden auch die Einrichtungen zur Abscheidung eines Feststoffes erweitert, da oftmals die Temperatur des zu behandelnden Gases zum Limit für den Einsatz von Abscheideeinrichtungen wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Wärmeinhalt des heißen, gereinigten Topgases über einen Wärmetauscher abgeführt und diese Wärme zur Erwärmung von Prozess- bzw. Inertgasen, Trocknung und/oder Erwärmung von Prozesseinsatz- bzw. Kreislaufstoffen oder zur Dampferzeugung genutzt. Dadurch lässt sich die Effizienz des Schmelz- bzw. Reduktionsprozesses erhöhen und Produktionskosten senken.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten umfasst ein Reduktionsaggregat, zur Reduktion von Einsatzstoffen, gebildet aus Eisenerzen und Zuschlägen und ein Schmelzaggregat, insbesondere einen Einschmelzvergaser, zum Schmelzen der reduzierten Einsatzstoffe unter Zusatz von Kohlenstoffträgern und sauerstoffhaltigem Gas, wobei sich ein Festbett ausbildet und ein CO- und H ₂ -hältiges Reduktionsgas entsteht. Das Schmelzaggregat ist mit dem Reduktionsaggregat über eine Reduktionsgasleitung verbunden, zur Einleitung des im Schmelzaggregat gebildeten Reduktionsgases in das Reduktionsaggregat und einer Ableitung, zur Ableitung des im Reduktionsaggregat umgesetzten Reduktionsgases als feststoffbeladenes heißes Topgas. Das Reduktionsaggregat kann als Reduktionsschacht oder als eine Mehrzahl von Reduktionsreaktoren oder auch als Teil eines Hochofens ausgebildet sein. Das Schmelzaggregat kann auch Teil eines Hochofens sein.

Weiters ist zumindest eine Einrichtung zur trockenen Staubabscheidung, insbesondere einer Grobabscheidung, der Feststoffe des Topgases vorgesehen, die eine Gasableitung zur Abfuhr des grob gereinigten Topgases und eine Zuführleitung, die die Einrichtung zur Staubabscheidung mit dem Schmelzaggregat verbindet, aufweist, sodass der noch heiße abgeschiedene Feststoff direkt in das Schmelzaggregat eingebracht werden kann. Durch die trockene Abscheidung entfallen die bei feuchter Abscheidung üblichen großen Mengen an Schlämmen, die jedenfalls einer Aufbereitung zugeführt und damit aufwändig behandelt werden müssen. Die Trockenentstaubung gestattet einen weitgehenden Erhalt der Temperatur des Topgases, sodass dieser Wärmeinhalt einer späteren Nutzung zugeführt werden kann.

Die Einrichtung zur trockenen Grobabscheidung ist eine erste Gasableitung oder eine zweite Gasableitung mit zumindest einer Einrichtung zur Feinabscheidung von Feststoffen verbunden, wobei diese eine weitere Zuführleitung aufweist, die die Einrichtung zur Feinabscheidung mit dem Schmelzaggregat verbindet.

Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung zur Grobabscheidung der Feststoffe ein Zyklon, ein Staubsack oder ein Heißgasfilter, insbesondere ein keramischer Filter, oder eine Gruppe parallel oder in Serie geschalteter Einheiten dieser Einrichtungen. Diese Einrichtungen haben den Vorteil, dass eine Abkühlung des Topgases weitestgehend vermieden wird, dass eine Wasser-/Schlammwirtschaft zur Gasreinigung entfällt oder in Hinblick auf eine nachgeschaltete Nassentstaubungsstufe kleiner dimensioniert werden kann. Die Einrichtungen können in Serie oder parallel geschaltet werden. Dies erfolgt unter Berücksichtigung des erforderlichen Staubtrenngrades, des gegebenen Gasdurchsatzes und der gewünschten Fraktionierung des Staubes.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Agglomerationsbrenner, zum Eintrag der abgeschiedenen Feststoffe in das Schmelzaggregat, am Schmelzaggregat vorgesehen, wobei die Zuführleitung mit dem Agglomerationsbrenner verbunden ist. über den Agglomerationsbrenner erfolgt eine Verbrennung des im Staub enthaltenen Kohlenstoffes mit Sauerstoff. Durch die Reaktion wird der Kohlenstoff vergast. Dabei wird zumindest ein Teil der Wärme des Reaktionsgases und des verbleibenden Staubes auf das Festbett übertragen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Reduktionsgasleitung vor ihrer Einmündung in das Reduktionsaggregat eine

Abscheideeinrichtung zur Abscheidung von Feststoffen aus dem Reduktionsgas und eine Einrichtung zur Rückführung dieser Feststoffe in das Schmelzaggregat auf, wobei die Zuführleitung stromaufwärts der Abscheideeinrichtung in die Reduktionsgasleitung oder in die Einrichtung zur Rückführung mündet. Durch die Abscheideeinrichtung kann das Reduktionsgas vor dessen Einleitung in das Reduktionsaggregat gereinigt und die dabei abgeschiedenen Feststoffe können in das Schmelzaggregat rückgeführt werden. Diese Rückführung erfolgt zusammen mit dem aus dem Topgas abgeschiedenen Feststoff, wobei der Feststoff aus dem Topgas über die Zuführleitung der Abscheideeinrichtung in der Reduktionsgasleitung oder in die Einrichtung zur Rückführung in das Schmelzaggregat eingebracht wird. Somit können die abgetrennten Feststoffe über eine gemeinsame Einrichtung in das Schmelzaggregat rückgeführt werden.

Nach einer möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Einrichtung zur Grobabscheidung der Feststoffe über eine Zuführleitung mit einer Agglomerationseinrichtung, zur Agglomeration der Feststoffe verbunden. Dies gestattet eine Aufbereitung der abgetrennten Feststoffe, wobei die Feststoffe einfacher transportiert und in das Schmelzaggregat rückgeführt werden. Weiters können die Agglomerate auch zwischengelagert und einer späteren Verwendung in einem anderen oder im selben Prozess zugeführt werden.

Erfindungsgemäß weist das Schmelzaggregat eine Eintrageinrichtung zum Eintrag von Kohlenstoffträgern auf, die auch zum Eintrag von Agglomeraten geeignet ist. Durch diese Eintrageinrichtung können Feststoffe unterschiedlicher Partikelform und -große eingesetzt werden, sodass eine höhere Flexibilität bei der Verwendung der Eintrageeinrichtung gegeben ist. Es somit neben der Eintrageeinrichtung für die Kohlenstoffträger keine weitere Eintrageinrichtung nötig. Weiters ist es denkbar, dass abgeschiedene Feststoffe als Partikel oder als Stäube zusammen mit den Kohlenstoffträgern eingebracht werden.

Die Gasableitung der Einrichtung zur trockenen Grobabscheidung kann mittels einer zweiten Gasableitung direkt oder einer ersten Gasableitung indirekt mit zumindest einer Einrichtung zur Feinabscheidung von Feststoffen verbunden sein. Durch diese Verbindung ist es möglich das bereits vorgereinigte Topgas weiter zu reinigen, also allfällige noch vorhandene Staubbelastungen durch eine Feinabscheidung zu reduzieren.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Einrichtung zur Feinabscheidung eine weitere Gasableitung zur Abfuhr des fein gereinigten Topgases und einen Austrag zum Ausschleusen von abgeschiedenen Feststoffen. Damit ist im Falle von sehr feinen abgeschiedenen Feststoffen oder bei Vorliegen nicht direkt einsetzbarer Feststoffe auch ein Austrag möglich, sodass der Feststoff aufbreitet, danach in das Schmelzaggregat eingebracht oder auch anderen Nutzungen zugeführt werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Einrichtung zur Feinabscheidung ein Zyklon oder eine Gruppe parallel oder in Serie geschalteter Zyklone, insbesondere von 2 bis 5 Zyklonen. Zyklone haben den Vorteil, dass sie auch bei hohen Gastemperaturen betrieben werden können. Durch die Anpassung der Gasgeschwindigkeit im Zyklon ist es möglich Feststoffe gezielt abzutrennen, da hierbei die Unterschiede bei Dichte und Größe der abzutrennenden Partikel genutzt werden kann. Somit kann durch die Verwendung eines oder mehrerer Zyklone eine Klassierung der abgetrennten Feststoffe erzielt werden. Durch die Parallelschaltung ist auch eine Anpassung an die zu behandelnde Gasmenge möglich. Aufgrund der Eigenschaft, dass unterschiedliche Feststoffe unterschiedliche Dichte und Partikelgröße bzw. -form aufweisen, ist es somit möglich gezielt Anteile der Feststoffe, wie z.B. unerwünschte Schlackenbildner zu einem hohen Anteil durch die Fraktionierung abzutrennen und aus dem Prozess auszuschleusen bzw. einer gesonderten Verwertung zukommen zu lassen.

Gemäß einer weiteren speziellen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Einrichtung zur Feinabscheidung ein Filter oder eine Gruppe in Serie geschalteter Filter, insbesondere ein Gewebefilter, ein keramischer Filter oder ein Elektrofilter. Derartige Filter haben den Vorteil, dass sie ohne Wasser oder sonstigen Hilfsstoffen auskommen und daher im Betrieb kostengünstig arbeiten. Zudem wird das Topgas bei der Behandlung nur geringfügig abgekühlt.

Eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass eine weitere Einrichtung zur Feinabscheidung vorgesehen ist, die parallel zur Einrichtung zur Feinabscheidung geschaltet angeordnet ist. Diese Variante ermöglicht es die weitere Einrichtung zur Feinabscheidung bei Bedarf zuzuschalten oder auch anstelle der Einrichtung zur Feinabscheidung zu betreiben. Somit kann diese Gruppe bei Bedarf abgeschaltet, zusätzlich zur Einrichtung zur Feinabscheidung oder

ausschließlich zur Reinigung des aus der Einrichtung zur Grobabscheidung abgezogenen vorgereinigten Topgases herangezogen werden.

Eine weitere mögliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die weitere Einrichtung zur Feinabscheidung mit der ersten Gasableitung oder mit der zweiten Gasableitung und über eine Rückführung, gegebenenfalls über einen zusätzlichen Kühlgasverdichter, leitungsmäßig mit einer Ableitung verbunden ist. über die Rückführung ist es möglich das an der Feinabscheidung gereinigte Topgas gegebenenfalls nach einer Verdichtung in die Ableitung rückzuführen, sodass das fein gereinigte Topgas als Kühlgas zur Einstellung der Reduktionsgastemperatur genutzt werden kann.

Eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Einrichtung zur Feinabscheidung ein Wäscher oder eine Gruppe in Serie geschalteter Wäscher ist. Im Falle spezieller Anwendungen kann es vorteilhaft sein, dass die Feinabscheidung mittels eines Wäschers erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass der Feststoff zu einem sehr hohen Anteil abgetrennt wird. Weiters erfolgt eine Kühlung des Topgases, was für bestimmte weitere Verwendungen von Vorteil sein kann.

Eine spezielle Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die zweite Gasableitung zur Abfuhr des gereinigten Topgases mit der Einrichtung zur Feinabscheidung und/oder der weiteren Einrichtung zur Feinabscheidung und mit einer Entspannungsturbine, zur Nutzung der Druckenergie des Topgases verbunden Dadurch kann eine direkte Nutzung der Druckenergie des Topgases erfolgen.

Eine spezielle Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass in der Ableitung oder in der Gasableitung ein Mittel zur Eindüsung von Wasser, Dampf oder Kühlgas vorgesehen ist, sodass das Topgas gekühlt wird, wobei unter zumindest teilweiser Verdampfung des Wassers das Gasvolumen erhöht wird. Die Kühlung des Topgases ermöglicht es, auch bei betrieblich bedingten Schwankungen der Topgastemperatur eine weitgehend konstante Betriebstemperatur für die Einrichtungen zur Abscheidung einzustellen. Somit können hohe thermische Belastung für diese Einrichtungen vermieden werden. Durch die Verdampfung wird ein zusätzlicher Gasvolumenstrom im Topgas erzeugt, der in weiterer Folge in einem gesonderten Prozessschritt genutzt werden kann. Durch die Kühlung des Topgases werden auch die möglichen Einrichtungen, die für eine Anwendung zur Abscheidung

eines Feststoffes in Frage kommen erweitert, da oftmals die Temperatur des zu behandelnden Gases das Limit für den Einsatz einer bestimmten Abscheideeinrichtungen darstellt.

Erfindungsgemäß sind bzw. ist in der ersten Gasableitung zur Abfuhr des grob gereinigten Topgases ein Wärmetauscher und/oder in der weiteren Gasableitung zur Abfuhr des fein gereinigten Topgases ein Wärmetauscher, zur Nutzung des Wärmeinhaltes des Topgases für die Erwärmung von Prozess- bzw. Inertgasen, Trocknung und/oder Erwärmung von Prozesseinsatz- bzw. Kreislaufstoffen oder zur Dampferzeugung, angeordnet. Auf diese Weise kann der Wärmeinhalt des Topgases nach erfolgter Grobreinigung - oder je nach Art einer der Grobentstaubung nachgeschalteten Feinentstaubung - auch nach einer Feinentstaubung genutzt werden, um Prozessgase entsprechend zu erwärmen. Bei einer temperaturempfindlichen Einrichtung zur Feinenstaubung werden deren Bauteile dadurch, dass das Topgas zuvor einen Wärmetauscher durchläuft, einer geringeren thermischen Belastung ausgesetzt. Hierdurch kann eine Vielzahl an möglichen Einrichtungen zur Feinabscheidung Einsatz finden, ohne dass dabei die Gefahr einer thermischen überlastung droht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der Wärmetauscher mit der Einrichtung zur Feinabscheidung und/oder der weiteren Einrichtung zur Feinabscheidung und mit einer Entspannungsturbine, zur Nutzung der Druckenergie des Topgases, leitungsmäßig verbunden ist. Das nunmehr im Wärmetauscher gekühlte Topgas kann einerseits einer weiteren Einrichtung zur Feinabscheidung oder direkt einer Entspannungsturbine zugeführt werden. Die Notwendigkeit einer Feinabscheidung ergibt sich aus den nach der Grobabscheidung im Topgas verbliebenen Feststoffen. Im Falle geringer Feststoffgehalte nach der Grobabscheidung ist es auch denkbar, dass das gereinigte Topgas direkt einer Entspannungsturbine zugesetzt wird. Es ist aber auch denkbar, dass dies erst nach der Feinabscheidung erfolgt.

Eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die weitere Einrichtung zur Feinabscheidung eine weitere Zuführleitung aufweist, die die Einrichtung zur Feinabscheidung gegebenenfalls über eine Aufbereitung mit dem Schmelzaggregat verbindet. Damit kann der abgeschiedene Feststoff im Schmelzaggregat verwertet werden. Um negative Effekte im Schmelzaggregat zu vermeiden, kann der Feststoff einer Aufbereitung, wie z.B. einer Klassierungs-,

Sortierungs-, Zerkleinerungs-, Mischungs-, Entwässern ngs- und Trocknungsstufe zugeführt werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen wird, die folgendes zeigen:

Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung

Ein in einem Reduktionsaggregat 1 vorreduziertes bzw. reduziertes Material wird einem Schmelzaggregat 2, wie z.B. einem Einschmelzvergaser, zugeführt und in einem Festbett zu Roheisen erschmolzen. Das dabei gebildete Prozessgas wird als Reduktionsgas über die Reduktionsgasleitung 3 abgezogen. In einer Abscheideeinrichtung 9 wird das mit Feststoffen beladene Reduktionsgas gereinigt, wobei der Feststoff mittels der Abscheideeinrichtung 9 abgetrennt wird. Das gereinigte Reduktionsgas wird über die Reduktionsgasleitung 3A dem Reduktionsschacht 1 zugeführt. Im Reduktionsschacht werden mittels des CO- und H ₂ -hältigen Reduktionsgases die Einsatzstoffe reduziert und das umgesetzte Reduktionsgas als Topgas über die Ableitung 4 abgezogen und einer Einrichtung zur Grobabscheidung 5 zugeführt. Das heiße mit Feststoffen beladene Topgas wird in der Einrichtung zur Grobabscheidung weitgehend gereinigt, indem die Feststoffe abgetrennt werden.

Zusätzlich zur Reduktionsgasleitung 3A kann eine Leitung 3B vorgesehen werden, die die Reduktionsgasleitung 3A leitungsmäßig mit einer Nassentstaubung 20 verbindet. Die Nassentstaubung kann über eine Leitung 21 mit einem Kühlgasverdichter 28 verbunden sein, wobei die Ableitung 23 des Kühlgasverdichters mit der Reduktionsgasleitung 3 verbunden ist. Die abgetrennten Feststoffe werden entweder über die Zuführleitung 7 und einen Agglomerationsbrenner 8 über dem Festbett oder direkt in das Festbett dem Schmelzaggregat 2 zugeführt. Der Agglomerationsbrenner 8 kann an eine Sauerstoffversorgung 29 zur Einleitung sauerstoffhaltiger Gase bzw. Gasgemische angeschlossen werden, die auch das Schmelzaggregat mit diesen Gasen bzw. Gasgemischen versorgt.

Alternativ können die abgetrennten Feststoffe auch mittels der Zuführleitungen 7A in die Reduktionsgasleitung 3 stromaufwärts der Abscheideeinrichtung 9 oder mittels der Zuführleitung 7B in die Einrichtung zur Rückführung 10 stromabwärts der Abscheideeinrichtung 9 eingebracht werden. Die Einrichtung zur Rückführung 10

kann mittels eines Agglomerationsbrenners 8, welcher über dem Festbett in das Schmelzaggregat 2 einmündet, verbunden sein.

Die Zuführleitung 7 kann mit einer Agglomerationseinrichtung 1 1 über eine Leitung 7C verbunden sein, sodass Feststoffe aus der Einrichtung zur Grobabscheidung 5 der Agglomerationseinrichtung 11 zugeführt werden können. Weiters können die in der Agglomerationseinrichtung 11 gebildeten Agglomerate in das Schmelzaggregat 2 eingebracht werden. Die Agglomerationseinrichtung 11 kann als Kohlebrikettierung, als Oxidbrikettierung oder als Eisenschwammkompaktierung bzw. -brikettierung ausgestaltet sein. Die gebildeten Agglomerate können als Kohlebriketts über eine Leitung 33 und eine Chargiereinrichtung 12 direkt in das Schmelzaggregat 2, als Oxidbriketts über eine Leitung 30 direkt in den Reduktionsschacht 1 oder als Eisenschwammbriketts zunächst in einer Vorwärm- und Reduktionsstufe 27 vorbehandelt und dann über die Leitung 34 in das Schmelzaggregat 2 eingebracht werden.

In einer besonderen nicht dargestellten Variante kann das in einer Mehrzahl von Reduktionsreaktoren vorreduzierte bzw. reduzierte Material über die Leitung 35 der Agglomerationseinrichtung 11 zur Heißbrikettierung oder Heißkompaktierung zugeführt werden. Die Reduktionsrektoren übernehmen in analoger Weise die Funktion des Reduktionsaggregates. Diese Agglomerate werden dann in das Schmelzaggregat 2 eingebracht.

Die erste Gasableitung 6A und die zweite Gasableitung 6B der Einrichtung zur Grobabscheidung 5 können direkt oder indirekt mit einer Einrichtung zur Feinabscheidung 13A und/oder einer weiteren Einrichtung zur Feinabscheidung 13B verbunden sein. Alternativ kann ein Wärmetauscher 17 in die Verbindungsleitung zwischen den Einrichtungen 5 und 13 installiert sein. Dieser gestattet eine Temperaturanpassung des Topgases. Weiters kann in die Ableitung 4 bzw. die Gasableitungen 6A, 6B durch ein Mittel 22 zum Eindüsen von Wasser, Dampf oder Kühlgas eingebracht werden, wobei das Wasser zumindest zum Teil verdampft und das Topgas gekühlt werden kann.

Durch die erste Gasableitung 6B wird die Einrichtung zur Grobabscheidung 5 mit der Einrichtung zur Feinabscheidung 13 verbunden. In dieser ersten Ableitung 6A kann ein Wärmetauscher 17 installiert sein, der für die Kühlung des Topgases unter Nutzung der Wärmeenergie z.B. für die Erwärmung von Prozessgasen genutzt

werden kann. Parallel zur Einrichtung zur trockenen Feinabscheidung 13A kann eine oder mehrere parallel geschaltete Nassentstaubungen 13B vorgesehen werden. Diese können gemeinsam mit der Einrichtung zur Feinabscheidung 13A oder alleine betrieben werden. Es ist auch denkbar diese Nassentstaubungen 13B als Standby- Einrichtungen vorzusehen, die nur bei Bedarf zugeschaltet werden können.

Die Einrichtung zur Feinabscheidung 13 weist eine weitere Zuführleitung 15A, 15B, 15C zur Rückführung der an diesen Einrichtungen zur Feinabscheidung abgeschiedenen Feststoffe auf. Zusätzlich kann ein Austrag 16 vorgesehen sein, um abgeschiedene Feststoffe, die nicht unmittelbar in das Schmelzaggregat zurückgeführt werden können, auszutragen. Zwischen den Zuführleitungen 15A, 15B kann auch eine Aufbereitung 24 der in der Nassentstaubung 13B abgeschiedenen Feststoffe vorgesehen sein, die eine Klassierungs-, Sortierungs-, Zerkleinerungs-, Mischungs-, Entwässerungs- und Trocknungsstufe aufweisen kann. Die Aufbereitung 24 kann auch über eine Zuleitung 25 mit der Trockenentstaubung 5 verbunden sein, sodass an der Trockenentstaubung 5 abgeschiedene Feststoffe der Aufbereitung 24 zugeführt werden können. Zur weiteren Agglomeration kann die Aufbereitung 24 über eine Leitung 31 mit der Agglomerationseinrichtung 1 1 verbunden sein. über einen Eintrag 32 können weitere Stäube oder Zusatzstoffe eingebracht werden.

Das vorgereinigte bzw. gereinigte Topgas kann einer Entspannungsturbine 19 zur Nutzung der Druckenergie des Topgases zugeführt werden. Alternativ kann das Topgas, bevor es in die Entspannungsturbine 19 eingebracht wird, in einem Wärmetauscher 18 gekühlt werden. Der Wärmetauscher 18 wird anstelle eines Wärmetauschers 17 stromabwärts der trockenen Feinabscheidung 13A in der weiteren Gasableitung 14 platziert, wenn die Staubbeladung des Gases stromaufwärts der trockenen Feinabscheidung 13A für einen dauerhaften Betrieb eines Wärmetauschers zu hoch ist. Das nach der Entspannungsturbine 19 entspannte Topgas kann weiteren Nutzungen zugeführt werden.

Alternativ kann eine Rückführung 26 vorgesehen sein, sodass das an der Nassentstaubung 13B gereinigte Topgas gegebenenfalls über einen zusätzlichen Kühlgasverdichter 28A in die Ableitung 23 rückgeführt werden kann.