Vorrichtung und Verfahren zur Flächenbegasung in einem

Reduktionsreaktorschacht

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Metallschwamm oder Roheisen aus metalloxidhalti- gem stückigem Gut unter Verwendung eines Reduktionsgases, um fassend einen Reduktionsreaktorschacht und mehrere im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes endende Reduktionsgasein lassleitungen zur Einleitung von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes.

Stand der Technik

Bei der Erzeugung von Eisenschwamm durch Umsetzung von als Schüttung in einem Reduktionsschacht befindlichem eisenoxid- haltigen Material mit einem Reduktionsgas erfolgt die Einleitung des Reduktionsgases in den Reduktionsschacht meist im Wesentlichen über einen sich ringförmig um den - zumeist gesamten - Umfang des Reduktionsschachtes erstreckenden sogenannten Bustiekanal - auch kurz Bustie genannt -, der über sogenannte Bustle-slots mit dem eisenoxidhaltigen Material befüllten Innenraum des Reduktionsschachtes in Verbindung steht. Die Bustie kann innerhalb in der Feuerfestausmauerung des Reduktionsschachtes angeordnet sein - eine sogenannte interne Bustie -, oder ausserhalb des Reduktionsschachtes - ei- ne sogenannte externe Bustie. Über von der internen Bustie ausgehende beziehungsweise mit der externen Bustie verbundene Öffnungen in der Feuerfestausmauerung des Reduktionsschachtes - den Bustle-slots - wird Reduktionsgas aus der Bustie in den Reduktionsschacht verteilt. Die Bustie verläuft in der Regel um den gesamten Umfang des Reduktionsschachtes, und Bustle- slots sind dann ebenfalls im Wesentlichen um den gesamten Um- fang angeordnet - denn das Reduktionsgas muss zur Erzielung einer gleichmäßigen Reduktion gleichmäßig verteilt eingeleitet werden.

Die Verteilung und Einleitung des Reduktionsgases erfolgt da- bei in der Regel so, dass die Bustle-slots in einen im Betrieb des Reduktionsschachtes nicht von der Schüttung ausgefüllten Bereich des Innenraums münden. Beispielsweise wird der Reduktionsschacht oft mit einer vertikal von oben entlang der Achse des Reduktionsschachtes gesehen sprunghaften Erwei- terung des Durchmessers seines Innenraumes gefertigt - der Innendurchmesser wird durch die Feuerfestausmauerung bestimmt, so dass eine solche Erweiterung beispielsweise durch Änderung der Dicke der Feuerfestausmauerung realisiert werden kann. Aufgrund des Schüttwinkels des eisenoxidhaltigen Mate- rials bildet sich an der Erweiterung - auch Rücksprung genannt - um den gesamten Umfang ein nicht von der Schüttung befüllter Ringraum aus. Die Bustle-slots münden dann in diesen Ringraum.

Das Reduktionsgas führt Staub mit sich, der nach Einleitung in den Reduktionsschacht in dem Ringraum und in der Schüttung des eisenoxidhaltigen Materials abgeschieden wird. Daher bildet sich vom Umfang des Reduktionsschachtes, an denen Reduktionsgas eingeleitet wird, zum Zentrum der Schüttung hin ein gegenüber staubfreiem Gas erhöhtes Druckgefälle aus - der ab- geschiedene Staub verstopft Strömungswege des Reduktionsgases durch die Schüttung. Das führt unter Anderem zu einer ungleichmäßigen Durchgasung der Schüttung und damit verbunden zu einem ungleichmäßigen Reduktionsergebnis. Wenn das im Reduktionsschacht reduzierte Material- beispielsweise Eisen- schwamm - beispielsweise wie bei einem COREX® Verfahren in einen Einschmelzvergaser geleitet wird, kann es aufgrund des infolge der verstopften Strömungswege geringen Druckes im Zentrum des Reduktionsschachtes auch zu ungünstigem Fluss von stark staubbeladenem Gas aus dem Einschmelzvergaser über Ei- senschwamm-Förderleitungen in den Reduktionsschacht kommen, was unerwünscht ist. Zur Vergleichmäßigung der Einleitung von Reduktionsgas in einen Reduktionsschacht sowie zur Vermeidung der geschilderten Probleme infolge eines gegenüber seinem Umfang geringeren Druckes im Zentrum eines Reduktionsschachtes wird in

EP0904415B1 vorgeschlagen, zusätzlich zu einer Bustie mit Bustle-slots weitere unterhalb der Bustie angeordnete, von der Aussenseite des Reduktionsschachtes radial ins Zentrum verlaufende Kanäle zur Einleitung von Reduktionsgas vorzuse- hen . Über diese Kanäle soll Reduktionsgas nicht nur am Umfang, sondern über eine Querschnittsfläche des Reduktionsschachtes in die Schüttung eingeleitet werden. Nachteilig dabei ist, dass die Kanäle nach EP0904415B1 aufwändig im Zentrum des Reduktionsschachtes abgestützt werden müssen, Reduk- tionsgas für die Kanäle aufgrund der Entfernung von Bustie und Kanälen nicht aus der Bustie in die Kanäle geleitet werden kann, und es bei einer Vielzahl von Kanälen aufgrund der von ihnen eingenommenen Querschnittsfläche zu Stauungen in der sich abwärts bewegenden Schüttungen kommen kann.

WO2009000409 schlägt vor, das gesamte Reduktionsgas über Kanäle, ohne Bustie, in den Reduktionsschacht einzuleiten. Da entsprechend die Kanäle mehr Reduktionsgas einleiten müssen und entsprechend größer zu dimensionieren sind als in

EP0904415B1, verschärfen sich die Stauprobleme. Weiters ist die Gaszufuhr auf die Querschnittsfläche des Schachtes gegenüber Verwendung einer Bustie ungleichmäßiger.

Weiters ist aus dem Stand der Technik ein Hochofenverfahren zur Erzeugung von Roheisen bekannt, welcher in der Standard- ausführung von oben mit stückigen Eisenträgern und Koks versorgt wird und im unteren Bereich Heißwind eingeblasen wird. Neuere Entwicklungen führen unter anderem dazu, dass der Hochofen mit technisch reinem Sauerstoff betrieben wird und ein Teil des Gichtgases nach einer Aufbereitung als zusätzli- ches Reduktionsgas dem Hochofen im unteren Bereich des

Schachtes zugeführt wird. Eine Zufuhr von Reduktionsgas nur über eine Bustie am Umfang führt ebenfalls zu ungleichmäßiger Gasverteilung im Hochofenschacht.

In WO0036159 und WO0036157 ist gezeigt, heißes Reduktionsgas durch ein den Innenraum eines Reduktionsreaktorschachtes durchquerendes Rohr hindurch in den Reduktionsreaktorschacht einzuleiten, was Kühlung des Rohres, Isolierung des Rohres und Durchführung des Reduktionsgases durch die Wand des Rohres in den Innenraum aufwändig macht.

Zusammenfassung der Erfindung

Technische Aufgabe

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Metallschwamm oder Roheisen aus metalloxidhaltigem stückigem Gut unter Verwendung eines Reduktionsgases in einem Reduktionsreaktorschacht berei- zustellen, bei dem die Probleme des Standes der Technik mög- liehst vollständig vermieden werden.

Technische Lösung

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine

Vorrichtung zur Erzeugung von Metallschwamm oder Roheisen aus metalloxidhaltigem stückigem Gut unter Verwendung eines Reduktionsgases, umfassend

- einen Reduktionsreaktorschacht,

- mehrere

im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes endende

Reduktionsgaseinlassleitungen zur Einleitung von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes.

Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass

ein den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes durchqueren- der Reduktionsgaskanalkörper zur Verteilung von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes vorhanden ist,

wobei

- an zumindest einem innenwandseitigen Ende des Reduktions- gaskanalkörpers im Wesentlichen senkrecht unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers

zumindest eine Reduktionsgaszufuhrleitung zur Zufuhr von Reduktionsgas unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers

in den

Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes vorhanden ist, und

- der Reduktionsgaskanalkörper ein von einem Kühlmedium durchströmbares Tragrohr aufweist.

Bei dem Metallschwamm handelt es sich bevorzugt um Eisenschwamm .

Entsprechend handelt es sich bei dem metalloxidhaltigen stückigen Gut bevorzugt um eisenoxidhaltiges stückiges Gut. Unter stückigem Gut ist Material zu verstehen mit einer Korn große von beispielsweise über 5 mm, bis 50 mm im Falle von Sinter, bis 100 mm nach Agglomerationsverfahren wie Kompak- tierung; beispielsweise Stückerz, Pellets oder Sinter.

Unter Reduktionsreaktorschacht ist zu verstehen beispielswei se ein Schachtreaktor wie beispielsweise bei einem COREX®- Verfahren verwendet, oder der obere Teil eines Hochofens - also der Teil eines Hochofens, in welchem die indirekte Gasreduktion stattfindet, oberhalb der kohäsiven Zone. In einem Schachtreaktor wird beispielsweise fester Eisenschwamm produ ziert, während in einem Hochofen flüssiges Roheisen produziert wird.

Zur Einleitung von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes sind mehrere im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes endende Reduktionsgaseinlassleitungen vorhanden. Dabei ist unter der Formulierung im Innenraum en- dend zu verstehen, dass eine Reduktionsgaseinlassleitungen in den Innenraum hineinragen kann, aber auch, dass das Ende einer Reduktionsgaseinlassleitung in der den Innenraum begrenzenden Innenwand liegen kann - beispielsweise die Öffnung ei- nes Bustle-slots in der Feuerfestausmauerung.

Das Reduktionsgas tritt im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes durch Reduktionsgas-Auslässe dieser Reduktionsgaseinlassleitungen aus den Reduktionsgaseinlassleitungen aus und durchströmt danach die Schüttung aus metalloxidhaltigem stückigem Gut.

Weiterhin ist ein den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes durchquerender Reduktionsgaskanalkörper zur Verteilung von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktor- Schachtes vorhanden. Er kann den Innenraum als Sekante oder als Durchmesser durchqueren, wobei ein Durchqueren als Durchmesser bevorzugt ist, weil Reduktionsgas dann symmetrischer, gleichmäßiger in die Schüttung eingebracht werden kann.

Der Reduktionsgaskanalkörper kann beispielsweise waagerecht verlaufen, so dass Reduktionsgas auf einem vertikalen Niveau in die Schüttung eingeleitet werden kann. Der Reduktionsgaskanalkörper kann aber auch einen tiefsten Punkt oder einen höchsten Punkt bezüglich der Vertikalen aufweisen, so dass er zwei von der Wand des Reduktionsreaktorschachtes zum Zentrum des Reduktionsreaktorschachtes abwärts oder aufwärts geneigte Teilabschnitte aufweist. Reduktionsgas kann dann im Betrieb auf verschiedenen vertikalen Niveaus in die Schüttung eintreten . Der Reduktionsgaskanalkörper durchquert den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes, welches von den Innenwänden des Reduktionsreaktorschachtes begrenzt ist. Der Reduktionsgaskanalkörper hat also zwei innenwandseitige Enden.

Erfindungsgemäß ist an zumindest einem innenwandseitigen Ende des Reduktionsgaskanalkörpers im Wesentlichen senkrecht unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers zumindest eine Reduktionsgaszufuhrleitung zur Zufuhr von Reduktionsgas in den

Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes vorhanden.

Die Zufuhr von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktions- Schachtes erfolgt unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers.

Im Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildet sich unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers in der Schüttung, die sich im Reduktionsreaktorschacht befindet, ein Freiraum aus - bestimmt in erster Linie vom Schüttwinkel der Schüttung. Der Freiraum kann auch Reduktionsgaskanal genannt werden. Der Reduktionsgaskanalkörper ist geeignet, die Ausbildung eines solchen Freiraumes oder Reduktionsgaskanals in einer im Reduktionsreaktorschacht befindlichen Schüttung zu bewirken. Der Freiraum oder Reduktionsgaskanal wird für die die Zufuhr und Verteilung von Reduktionsgas im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes genutzt. Das Reduktionsgas kann sich in dem Freiraum über die gesamte Länge des Reduktionsgaskanalkörpers verteilen und gleichmäßig in die Schüttung eintreten.

Dabei bedeutet im Wesentlichen senkrecht unterhalb, dass zumindest ein Teil der Mündung der Reduktionsgaszufuhrleitung sich senkrecht unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers befindet. Dann kann im Betrieb das aus dieser Mündung austretende Reduktionsgas beim Aufsteigen in einen unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers gebildeten Freiraum in der Schüttung eintreten und sich in diesem Freiraum, der unter dem Reduktionsgaskanalkörper den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes durchquert, verteilen. Dadurch kann es aus dem Reduktionsgas- kanal über die gesamte Länge des Reduktionsgaskanales in die Schüttung eintreten.

Erfindungsgemäß weist der Reduktionsgaskanalkörper ein von einem Kühlmedium durchströmbares Tragrohr auf.

Als Werkstoff für den Reduktionsgaskanalkörper und speziell für das Tragrohr wird bevorzugt Metall eingesetzt. Die Kühlung des Tragrohres erfolgt, um die benötigten mechanischen Eigenschaften im Betrieb aufrecht zu erhalten. Zudem ermöglichen niedrigere Werkstofftemperaturen zur Erreichung der benötigten mechanischen Eigenschaften eine kleinere Bau- große als bei ungekühltem Tragrohr. Erhöhung der Temperatur bringt Abnahme der Festigkeit von Metall mit sich, so dass bei einer höheren Temperatur zur Gewährleistung einer bestimmten Minimal-Festigkeit größer gebaut werden müsste, wenn keine Kühlung vorläge.

Im Stand der Technik ist es bekannt, Reduktionsgas durch ein den Innenraum eines Reduktionsreaktorschachtes durchquerendes, gegebenenfalls durch ein Kühlmedium gekühltes, Rohr hindurch in den Reduktionsreaktorschacht einzuleiten. Bei Zufüh- rung von heißem Reduktionsgas muss ein solches Rohr außen und auch innen mit einer Isolierung ausgeführt werden, damit die Wärmeabfuhr vom heißen Reduktionsgas zum kühlen Kühlmedium nicht zu groß ist - denn eine solche Wärmeabfuhr würde zu unnötiger Kühlung des Reduktionsgases führen. Da aus thermody- namischen und kinetischen Gründen das Reduktionsgas aber mit einer bestimmten Minimaltemperatur in die Schüttung eintreten soll, müsste es zum Ausgleich einer solchen Kühlung mit höherer Temperatur zugeführt werden als wenn keine solche Kühlung erfolgt. Weiterhin müsste das Kühlmedium zur Wiederverwertung im Kühlkreislauf selber stärker und damit aufwändiger rückkühlt werden.

Ein weiterer Nachteil solcher bekannter Bauarten besteht darin, dass ein einfacher stirnseitiger Austritt des Reduktionsgases bei einem den Innenraum durchquerenden Rohr nicht mög- lieh ist. Um eine Reduktionsgaszufuhr vom Inneren des Rohres in den Innenraum beziehungsweise eine Schüttung zu ermöglichen, sind deshalb Durchführungen durch die Wand des Rohres über die Länge des Rohres erforderlich. Diese Durchführungen führen jedoch ungünstigerweise zu einer mechanischen Schwä- chung des Rohres dort, wo das Rohr im Betrieb durch das Gewicht der Schüttung am höchsten beansprucht wird. Zusätzlich ergeben sich durch die Durchführungen für die Gasströmung Druckverluste, welche Gleichmäßigkeit von Gasverteilung, speziell im Bereich des Zentrums des Schachtes, verringern. Erfindungsgemäß werden solche Nachteile vermieden, da Zufuhr von Reduktionsgas in das Innere des Reduktionsreaktorschachtes nicht durch ein den Innenraum eines Reduktionsreaktorschachtes durchquerendes Rohr erfolgt, sondern durch eine im Wesentlichen senkrecht unterhalb des Reduktionsgaskanalkör- pers vorhandene Reduktionsgaszufuhrleitung zur Zufuhr von Reduktionsgas unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes.

Daher kann der Reduktionsgaskanalkörper beziehungsweise sein Tragrohr kleiner gebaut werden als oben beschriebene, mit Isolierungen versehene, Rohre nach dem Stand der Technik, weil bei der erfindungsgemäßen Ausführung innen nur mehr die Kühlung vorgesehen werden muss und kein Volumen für die Reduktionsgaszufuhr und Isolierung bereitzustellen ist.

Verteilung von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktions- reaktorschachtes erfolgt über den Freiraum oder Reduktionsgaskanal, so dass keine Durchführungen und damit verbundene Nachteile vorhanden sind. Dieser Freiraum oder Reduktionsgaskanal erstreckt sich über die gesamte Länge des Reduktionsgaskanalkörpers, was im Vergleich zu punktuellen Zufuhr von Reduktionsgas durch Durchführungen zu einer gleichmäßigeren Verteilung des Reduktionsgases führt.

Der Reduktionsgaskanalkörper ist geeignet, die Ausbildung eines Freiraumes oder Reduktionsgaskanales in einer im Redukti- onsreaktorschacht befindlichen Schüttung zu bewirken.

Der Reduktionsgaskanalkörper kann beispielsweise als nach unten offene Halbrohrschale ausgeführt sein mit nach unten verlängerten, bevorzugt im Wesentlichen parallelen, Wänden, welche Halbrohrschale auf einem Tragrohr aufliegt. Statt Ausführungsformen mit Halbrohrschalen auf Tragrohr könnten auch beispielsweise 2 Stegbleche beidseitig an einem Tragrohr befestigt - beispielsweise angeschweißt - sein, um analog in der Schüttung ein Freiraum unterhalb des Tragrohres zu gewährleisten.

Der Reduktionsgaskanalkörper weist ein von einem Kühlmedium durchströmbares Tragrohr auf. Dazu weist das Tragrohr im Inneren Kühlmittelkanäle zur Durchströmung mit Kühlmedium auf. Das Tragrohr ist beidseitig an der Außenwand - dem Mantel - des Reduktionsreaktorschachtes aufliegend abgestützt.

Die Zu- und Abfuhr des Kühlmediums erfolgt beispielsweise an der Stelle der Auflage des Reduktionsgaskanalkörpers beziehungsweise seines Tragrohres am Mantel des Reduktionsreaktor- Schachtes.

Als Kühlmedium wird bevorzugt Wasser verwendet.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist an beiden innen- wandseitigen Enden des Reduktionsgaskanalkörpers im Wesentli- chen senkrecht unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers eine Reduktionsgaszufuhrleitung zur Zufuhr von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes vorhanden. Das ermöglicht eine gleichmäßigere - da von beiden Enden her erfolgende - Versorgung des Reduktionsgaskanalkörpers bezie- hungsweise Reduktionsgaskanals.

Grundsätzlich gilt, dass bei gleichmäßigerer Einleitung von Reduktionsgas in die Schüttung auch der vom Reduktionsgas mitgeführte Staub gleichmäßiger in die Schüttung eingebracht wird. Das führt dazu, dass weniger Verstopfungen von Strömungswegen für das Reduktionsgas auftreten und die damit verbundenen Probleme vermindert werden.

Bevorzugt liegen die im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes liegenden Reduktionsgas-Auslässe der Reduktionsgas- einlassleitungen alle innerhalb eines Abschnittes der vertikalen Längserstreckung des Reduktionsreaktorschachtes, welcher vertikal gesehen eine Dicke von bis zu 100% des Durchmessers des Reduktionsreaktorschachtes aufweist. Bevorzugt ist die Dicke des Abschnittes bis zu 40% des Durchmessers des Reduktionsreaktorschachtes, besonders bevorzugt bis zu 30% des Durchmessers des Reduktionsreaktorschachtes, ganz besonders bevorzugt bis zu 20% des Durchmessers des Reduktionsreaktorschachtes. Je geringer die Dicke des Abschnittes ist, desto einfacher ist es, alle Reduktionsgaseinlassleitungen aus einer Quelle mit Reduktionsgas zu versorgen.

Nach einer Ausführungsform sind Reduktionsgaseinlassleitungen als Bustle-slots ausgeführt.

Nach einer anderen Ausführungsform sind Reduktionsgaseinlassleitungen als nach unten offene Halbrohrschalen ausgeführt mit nach unten verlängerten, bevorzugt im Wesentlichen parallelen, Wänden, welche Halbrohrschalen auf Tragrohren aufliegen. Die Tragrohre weisen im Inneren bevorzugt Kühlmittelkanäle auf. Bei den Halbrohrschalen ist das im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes liegende Ende der Halbrohrschale mit einer die nach unten verlängerten Wände verbindenden Querwand versehen. Die Tragrohre ragen vom Rand des Reduktionsreaktorschachtes in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes hinein, bevorzugt radial. Sie sind an ihrem im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes liegenden Ende nicht abgestützt, also als sogenannte fliegende Rohre ausgeführt.

Nach einer Ausführungsform gehen zumindest mehrere der Reduktionsgaseinlassleitungen von einer internen Bustie aus, sind also Bustle-slots einer internen Bustie.

Es können auch alle Reduktionsgaseinlassleitungen Bustle- slots einer internen Bustie sein. Bei einer Anzahl X von Reduktionsgaseinlassleitungen ist die Anzahl A von Reduktionsgaseinlassleitungen, die Bustle-slots einer internen Bustie sind, kleiner oder gleich X, also A ≤ XX Im Vergleich zu einer externen Bustie erfordert eine interne Bustie eine weniger aufwändige Ausführung des Druckbehälters des Reduktionsreaktorschachtes, und erlaubt eine weniger aufwändige Zuleitung von Reduktionsgas. Ausserdem kann gegenüber einer externen Bustie eine höhere Anzahl von Bustle-slots realisiert werden.

Nach einer anderen Ausführungsform gehen zumindest mehrere der Reduktionsgaseinlassleitungen von einer externen Bustie aus, sind also Bustle-slots einer externen Bustie.

Es können auch alle Reduktionsgaseinlassleitungen Bustle- slots einer externen Bustie sein. Bei einer Anzahl X von Reduktionsgaseinlassleitungen ist die Anzahl B von Reduktionsgaseinlassleitungen, die Bustle-slots einer externen Bustie sind, kleiner oder gleich X, also B ≤ X.

Gegenüber einer internen Bustie hat eine externe Bustie den Vorteil, dass die Bustle-slots einfacher von aussen gereinigt werden können, und dass die Feuerfestausmauerung im Inneren des Reduktionsreaktorschachtes unkomplizierter ausgestaltet werden kann.

Bevorzugterweise münden, speziell im Falle der Verwendung von staubbeladenem Reduktionsgas, die Bustle-slots wie in der Einleitung beschrieben in einen im Betrieb des Reduktionsschachtes nicht von der Schüttung ausgefüllten Bereich des Innenraums. Das wird beispielsweise dadurch erreicht, dass der Reduktionsschacht mit einer vertikal von oben entlang der Längsachse des Reduktionsschachtes gesehen sprunghaften Erweiterung des Durchmessers seines Innenraumes gefertigt ist.

Nach einer weiteren Ausführungsform sind mehrere der Reduktionsgaseinlassleitungen fliegende Rohre. Das bedeutet, dass nicht alle Reduktionsgaseinlassleitungen fliegende Rohre sind. Bei einer Anzahl X von Reduktionsgaseinlassleitungen ist die Anzahl C von Reduktionsgaseinlassleitungen, die fliegende Rohre sind, kleiner als X, also C<X . Bevorzugt ist bei A < X zumindest eine der Reduktionsgasein- lassleitungen , die nicht Bustie-Slots einer internen Bustie sind, ein fliegendes Rohr; ganz besonders bevorzugt alle, also X-A=C.

Bevorzugt ist bei B < X zumindest eine der Reduktionsgasein- lassleitungen , die nicht Bustie-Slots einer externen Bustie sind, ein fliegendes Rohr; ganz besonders bevorzugt alle, also X-B=C.

Durch Kombination von Bustie-Slots und fliegenden Rohren lässt sich Reduktionsgas in verschiedenen Abständen von der Innenwand des Reduktionsreaktorschachtes einleiten, was zur Vergleichmäßigung der Einleitung und damit zu einem besseren Reduktionsergebnis führt.

Im Vergleich zu einem durchgehenden Reduktionsgaskanalkörper bewirken fliegende Rohre eine einfachere Montage und bessere Auswechslungsmöglichkeit, während sie auch bezüglich gleichmäßiger Verteilung des Reduktionsgases gegenüber einem Reduktionsreaktorschacht nur mit Bustie einen Gewinn bringen. Nach einer Ausführungsform entspringt die Reduktionsgaszufuhrleitung von einer internen Bustie. Sie ist dann beispielsweise ein - gegebenenfalls für diese Aufgabe speziell ausgebildeter - Bustle-slot der internen Bustie, oder sie ist ein Teilabschnitt dieser internen Bustie. Bevorzugt ist, dass an beiden innenwandseitigen Enden des Reduktionsgaskanalkör- pers im Wesentlichen senkrecht unterhalb des Reduktionsgaska- nalkörpers eine Reduktionsgaszufuhrleitung zur Zufuhr von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes vorhanden ist; dann können zwei Reduktionsgaszufuhrleitungen vorhanden sein - beispielsweise zwei Teilabschnitte einer internen Bustie.

Nach einer anderen Ausführungsform entspringt die Reduktionsgaszufuhrleitung ausserhalb des Reduktionsreaktorschachtes, beispielsweise von einer externen Bustie. Sie ist dann bei- spielsweise ein - gegebenenfalls für diese Aufgabe speziell ausgebildeter - Bustle-slot der externen Bustie.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden

die Reduktionsgaszufuhrleitung zur Zufuhr von Reduktionsgas unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers

und zumindest einige, bevorzugt alle, Reduktionsgaseinlass- leitungen aus derselben internen und/oder externen Bustie mit Reduktionsgas versorgt.

Das vermindert den baulichen Aufwand, der bei einer getrennt voneinander erfolgenden Versorgung notwendig wäre.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Reduktions- gaskanalkörper zumindest teilweise innerhalb desjenigen Ab- Schnittes der vertikalen Längserstreckung des Reduktionsreaktorschachtes, welcher vertikal gesehen eine Dicke von bis zu 100%, bevorzugt bis zu 40%, besonders bevorzugt bis zu 30%, ganz besonders bevorzugt bis zu 20%, des Durchmessers des Reduktionsreaktorschachtes aufweist, in dem die Reduktionsgas- Auslässe der Reduktionsgaseinlassleitungen liegen. Auf diese Weise kann Reduktionsgas aus den Reduktionsgas-Auslässen leicht zum Reduktionsgaskanalkörper geführt werden, beziehungsweise es kann leicht aus der die Reduktionsgaseinlassleitungen versorgenden Quelle für Reduktionsgas zu dem Reduk- tionsgaskanalkörper geführt werden.

Die interne oder externe Bustie ist mit zumindest einer An- speisung für Reduktionsgas versehen, durch die Reduktionsgas in die interne oder externe Bustie geleitet wird. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine Anspeisung bezüglich des Umfanges des Reduktionsreaktorschachtes zu der Position der Reduktionsgaszufuhrleitung unterhalb eines in- nenwandseitigen Endes des Reduktionsgaskanalkörpers versetzt, bevorzugt um 45°- 90°, besonders bevorzugt im Wesentlichen 90°. Auf diese Weise strömt das Reduktionsgas einen möglichst langen Weg in der internen oder externen Bustie, bevor es in einen im Betrieb unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers gebildeten Hohlraum in der Schüttung eintritt. Dadurch werden aufgrund der Strömungsgeschwindigkeiten des Reduktionsgases in der Bustie Staubablagerungen in der internen oder externen Bustie minimiert.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Innendurchmesser des Reduktionsreaktorschachtes in dem Bereich seiner Längserstreckung, in dem Reduktionsgaskanalkörper und gegebe- nenfalls fliegende Rohre vorhanden sind, gegenüber anderen

Bereichen seiner Längserstreckung erweitert. Die Erweiterung soll im Wesentlichen den Verlust von zur Abwärtsbewegung der Schüttung im Innenraum zur Verfügung stehender Querschnittsfläche kompensieren, welcher sich durch den Flächenbedarf des Reduktionsgaskanalkörpers und gegebenenfalls der fliegende

Rohre ergibt. Beträgt dieser Verlust beispielsweise 10 % der Fläche der Querschnittsfläche im Innenraum, dann sollte der Innendurchmesser etwa 2 - 10 % erweitert sein. Dadurch können Stauprobleme in der sich abwärts bewegenden Schüttung vermin- dert werden, da Fläche, die von den fliegenden Rohren oder dem Reduktionsgaskanalkörper eingenommen wird und damit für eine Abwärtsbewegung der Schüttung nicht zur Verfügung steht, durch die Erweiterung wieder kompensiert wird. Der Bereich, in dem der Innendurchmesser des Reduktionsreaktorschachtes erweitert ist, umfasst bevorzugt einen Abschnitt der vertikalen Längserstreckung des Reduktionsreaktorschachtes, welcher vertikal gesehen eine Dicke von bis zu 100%, bevorzugt bis zu 40%, besonders bevorzugt bis zu 30%, ganz besonders bevorzugt bis zu 20%, des Durchmessers des Reduktionsreaktorschachtes aufweist.

Die Erweiterung kann auch oberhalb des Bereiches der Längserstreckung, in dem Reduktionsgaskanalkörper und gegebenenfalls fliegende Rohre vorhanden sind, vorhanden sein. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung von Metallschwamm oder Roheisen aus einer Schüttung aus metalloxidhaltigem stückigem Gut in einem Reduktionsreaktorschacht unter Verwendung eines Reduktionsgases, wobei

eine erste Teilmenge des Reduktionsgases mittels mehrerer im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes endender Reduktions- gaseinlassleitungen in die Schüttung eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass

eine zweite Teilmenge des Reduktionsgases mittels eines den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes durchquerenden Re- duktionsgaskanalkörpers in die Schüttung verteilt wird, und diese zweite Teilmenge des Reduktionsgases im Wesentlichen senkrecht unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes zugeführt wird. Die Zufuhr der zweiten Teilmenge erfolgt mittels zumindest einer Reduktionsgaszufuhrleitung .

Bei Nutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildet sich im Betrieb unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers ein Freiraum oder Reduktionsgaskanal in der Schüttung aus. In diesem Freiraum kann sich das Reduktionsgas verteilen und aus ihm in die Schüttung eintreten. Das Reduktionsgas wird also mittels des Reduktionsgaskanalkörpers im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes in die Schüttung verteilt.

Wenn Reduktionsgaseinlassleitungen als Bustle-slots ausgeführt sind, wird mittels der Bustle-slots Reduktionsgas in die Schüttung eingeleitet.

Wenn Reduktionsgaseinlassleitungen als nach unten offene, auf Tragrohren aufliegende Halbrohrschalen mit nach unten verlängerten Wänden, beispielsweise als fliegende Rohre, ausgeführt sind, so bildet sich im Betrieb analog zu dem Reduktionsgas- kanalkörper unterhalb ein Freiraum in der Schüttung aus. In diesem Freiraum kann sich das Reduktionsgas verteilen und aus ihm in die Schüttung eintreten. Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden die erste Teilmenge und die zweite Teilmenge aus derselben internen und/oder externen Bustie geliefert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird die Erfindung anhand schematischer beispielhafter Darstellungen von Ausführungsformen näher erläutert.

Figur 1 zeigt schematisch einen Reduktionsreaktorschacht nach dem Stand der Technik.

Figur 2 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Reduktionsreaktorschacht .

Figur 3 zeigt schematisch eine Ansicht der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung von oben vertikal abwärts.

Figur 4 zeigt schematisch einen Reduktionsgaskanalkörper mit unterhalb in der Schüttung ausgebildetem Freiraum.

Figur 5 zeigt schematisch eine zu Figur 3 analoge Ansicht einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung .

Figur 6 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Figur 7 zeigt schematisch einen Schnitt entlang der unterbro- chen dargestellten Linie A-A' aus Figur 7.

Während in den Figuren 2 bis 7 auf die Darstellung der Kühlung zur besseren Übersichtlichkeit verzichtet wurde, ist in Figur 8 die Kühlung skizziert. Beschreibung der Ausführungsformen

Figur 1 nach dem Stand der Technik zeigt, dass in einem Reduktionsreaktorschacht 1 über eine Zufuhrvorrichtung 2 eingebrachtes eisenoxidhaltiges stückiges Material eine Schüttung 3 ausbildet. Reduktionsgas 4 - dargestellt durch gewellte Pfeile mit massiver Spitze - durchströmt die Schüttung und reduziert das Stückerz dabei zu Eisenschwamm . Auf die Darstellung von Vorrichtungsteilen zum Abziehen von verbrauchtem Reduktionsgas aus dem Reduktionsreaktorschacht wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Das Reduktionsgas 4 wird in eine in der Feuerfestausmauerung 5 des Reduktionsreaktorschachtes 1 geformte interne Bustie 6 geleitet. Von der internen Bustie 6 gehen mehrere Reduktionsgaseinlassleitungen zur Einleitung von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes - hier Bustle-slots 7 - aus, die im In- nenraum des Reduktionsreaktorschachtes 1 enden. Mittels dieser Bustle-slots 7 wird entsprechend dem Stand der Technik das Reduktionsgas in die Schüttung eingeleitet. Aufgrund eines Rücksprunges im Durchmesser des Innenraumes des Reduktionsreaktorschachtes bildet sich um den gesamten Umfang des Reduktionsreaktorschachtes ein nicht von der Schüttung be- füllter Ringraum 8 aus.

In der zu Figur großteils analogen Figur 2 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf die Wiederholung der in Figur 1 genutzten Bezugszeichen aus Gründen der Übersichtlichkeit meist verzichtet. Es sind Mündungen 9a, 9b, 9c, 9d mehrerer Bustle-slots 7 eingezeichnet; aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde nicht jeder eingezeichneten Mündung ein eigenes Bezugszeichen zugeordnet. Die Mündungen 9a, 9b, 9c, 9d der Bustle-slots sind die Reduktionsgasauslässe der Bustle-slots 7. Sie liegen in einer horizontalen Ebene 10.

Ein Reduktionsgaskanalkörper 11 durchquert den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes 1. Der Reduktionsgaskanalkörper ist als nach unten offene, auf einem Tragrohr 12 aufliegende Halbrohrschale 13 mit nach unten verlängerten Wänden ausgeführt. Das Tragrohr 12 ist beidseitig am Mantel 14 des Reduktionsreaktorschachtes abgestützt, was nicht extra im Detail dargestellt ist. Der Reduktionsgaskanalkörper 11 verläuft waagerecht und durchquert den Innenraum als Durchmesser. Er liegt innerhalb desjenigen Abschnittes der vertikalen Längserstreckung des Reduktionsreaktorschachtes, welcher vertikal gesehen eine Dicke von bis zu 100% des Durchmessers des Reduktionsreaktorschachtes aufweist - im dargestellten Fall unterhalb 30% -, in dem die Mündungen der Bustle-slots liegen. An beiden innenwandseitigen Enden des Reduktionsgaskanalkör- pers 11 ist senkrecht unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers 11 eine Reduktionsgaszufuhrleitung zur Zufuhr von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes vorhanden - in diesem Fall ein Teilabschnitt der internen Bustie 6, der senkrecht unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers 11 zum In- nenraum des Reduktionsreaktorschachtes 1 offen ist - diese Öffnung 15 ist mit einem Rechteck schematisch dargestellt. Das Tragrohr 12 wird im Betrieb von Wasser als Kühlmedium durchströmt, was zur besseren Übersichtlichkeit nicht extra dargestellt ist.

Figur 3 zeigt eine Ansicht der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung von oben vertikal abwärts. Die beiden Anspeisungen 16a und 16b der Bustie 5 sind bezüglich des Umfanges des Reduktionsreaktorschachtes 1 um im Wesentlichen 90° zu der Po- sition der - in Figur 3 nicht sichtbaren - Reduktionsgaszufuhrleitungen unterhalb des innenwandseitigen Enden 17a, 17b des Reduktionsgaskanalkörpers versetzt. Das Tragrohr des Reduktionsgaskanalkörpers wird im Betrieb von Wasser als Kühlmedium durchströmt, was zur besseren Übersichtlichkeit nicht extra dargestellt ist.

Figur 4 zeigt schematisch, wie beim Reduktionsgaskanalkörper 11 unterhalb in der Schüttung ein Freiraum 18 ausgebildet ist. Das Tragrohr 12 trägt die Halbrohrschale 13 mit verlän- gerten im Wesentlichen parallelen Wänden. Es ist auch dargestellt, dass die verlängerten Seitenwände am Tragrohr mittels Streben abgestützt sind, um ein Verbiegen unter dem Druck der Schüttung 3 zu verhindern.

Ein entsprechender Freiraum bildet sich bei analoger Kon- struktion der vorne beschriebenen fliegenden Rohre aus. Das Tragrohr 12 wird im Betrieb von Wasser als Kühlmedium durchströmt, was zur besseren Übersichtlichkeit nicht extra dargestellt ist. Figur 5 zeigt schematisch eine zu Figur 3 analoge Ansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung .

Hier ist eine externe Bustie vorhanden, die aus den beiden Teilen 19a und 19b besteht. Sie wird durch die Anspeisungen 22 und 23 mit Reduktionsgas versorgt. Die externe Bustie könnte auch als durchgehender Ring ausgeführt sein, was allerdings nicht in einer extra Figur dargestellt ist. Der Re- duktionsgaskanalkörper 11 verbindet die beiden Teile 19a und 19b. Von der externen Bustie gehen Bustle-slots 20 aus, die in einen strichliert angedeuteten Ringraum, welcher in der Schüttung infolge einer sprunghafte Erweiterung des Innenraums ausgebildet wird, innerhalb des Mantels 14 des Reduktionsreaktorschachtes münden. Ebenfalls gehen zwecks Einleitung von Reduktionsgas fliegende Rohre 21, die so wie der Redukti- onsgaskanalkörper am Mantel 14 abgestützt sind, aus. Sie enden im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes. Das Tragrohr des Reduktionsgaskanalkörpers wird im Betrieb von Wasser als Kühlmedium durchströmt, was zur besseren Übersichtlichkeit nicht extra dargestellt ist.

In den Darstellungen in den Figuren 2 bis 5 wird bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung von Eisenschwamm eine erste Teilmenge des Reduktionsgases mittels mehrerer im Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes endender Reduktionsgaseinlassleitungen - Bustle-slots externer oder interner Bustie, beziehungsweise fliegende Rohre ausgehende von einer externen Bustie - in die Schüttung eingeleitet. Eine zweite Teilmenge des Reduktionsgases wird mittels eines den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes durchquerenden Reduktionsgaskanalkörpers in der Schüttung verteilt, nachdem diese zweite Teilmenge im wesentlichen senkrecht unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes zugeführt wird.

Die Figuren 6 und 7 zeigen schematisch, wie in Figur 3 und Figur 4 der als Reduktionsgaszufuhrleitung zur Zufuhr von Reduktionsgas in den Innenraum des Reduktionsreaktorschachtes fungierende Teilabschnitt der internen Bustie 6 senkrecht unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers 11 ausgeführt ist. Die erste Teilmenge des Reduktionsgases und die zweite Teilmenge des Reduktionsgases werden also aus derselben internen Bustie geliefert. Die interne Bustie 6 hat nach unten hin eine Erweiterung; der Reduktionsgaskanalkörper 11 liegt so, dass der Freiraum 18 unter dem Reduktionsgaskanalkörper 11 in etwa in einer Ebene liegt mit dem Ringraum, in den die Bustle-slots 7 mit ihren Mündungen 9e münden.

Figur 6 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Ein interne Bustie 6 ist in der Feuerfestausmauerung 5 im Mantel 14 des Reduktionsreaktorschachtes vorhanden. Ein Teilabschnitt der internen Bustie 6 ist nach unten hin erweitert. Die die interne Bustie 6 zum Innenraum begrenzende Wandung ist schraffiert dargestellt. In der internen Bustie 6 sind einige Öffnungen von Bustle-slots 7 im Bereich des Bodens der internen Bustie 6 dargestellt; Begrenzungen des Bodens sind mit strichlierten Linien dargestellt. Ein Bustie slot 7 mit Mündung 9e ist im Schnitt dargestellt.

An dem Teilabschnitt der internen Bustie 6, der nach unten hin erweitert ist, tritt ein Reduktionsgaskanalkörper 11 durch die schraffiert dargestellte Wandung in den Innenraum ein. Es ist zur besseren Übersichtlichkeit nur ein Teilstück des Reduktionskanalkörpers 11 mit Tragrohr 12 und Halbrohrschale 13 dargestellt. Senkrecht unter dem Reduktionsgaskanalkörper 11 weist die schraffiert dargestellte Wandung eine Öffnung 15 auf, durch die Reduktionsgas in den Innenraum eingeleitet wird. Diese Öffnung 15 ist eine Reduktionsgaszufuhr- leitung ausgehend von der internen Bustie 6. Der Reduktionsgaskanalkörper 11 liegt so, dass der Freiraum 18 unter dem Reduktionsgaskanalkörper 11 in etwa in einer Ebene liegt mit den Mündungen der Bustle-slots, von denen zur besseren Übersichtlichkeit nur eine, nämlich Mündung 9e, dargestellt ist. In Figur 7 ist ein Schnitt entlang der unterbrochen dargestellten Linie A-A' aus Figur 7 gezeigt. Der Strömungsweg von Reduktionsgas 4 - dargestellt durch gewellte Pfeile mit massiver Spitze - aus der Bustie 6 heraus durch Öffnung 15 in einen Bereich unter dem Reduktonsgaskanalkörper 11 ist illustriert.

Das Tragrohr des Reduktionsgaskanalkörpers wird in den Figuren 6 und 7 im Betrieb von Wasser als Kühlmedium durchströmt, was zur besseren Übersichtlichkeit jedoch nicht extra darge- stellt ist.

Während in den Figuren 2 bis 7 auf die Darstellung der Kühlung zur besseren Übersichtlichkeit verzichtet wurde, ist in Figur 8 die Kühlung skizziert in einem Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Es ist durch Pfeile dargestellt, wie Kühlwasser in das Tragrohr 24 eingeleitet und aus ihm ausgeleitet wird. Das Tragrohr 24 ist im Reduktionsreaktorschacht 25 so installiert, dass an beiden innenwandseiti- gen Enden des Reduktionsgaskanalkörpers, zu dem das Tragrohr gehört, Reduktionsgaszufuhrleitungen zur Zufuhr von Reduktionsgas unterhalb vorhanden sind. In der Figur 8 ist das schematisch dargestellt durch die interne Bustie 25 und die von ihr ausgehenden Bustle-slots 26. In dem von dem Tragrohr 24 bedeckten Teil des Querschnittes sind die Konturen der Bustie 25 beziehungsweise der Bustle-slots 26 strichliert dargestellt.

Das Tragrohr 24 besitzt im Inneren einen Kühlmittelzufuhrraum 27 und einen Kühlmittelabfuhrraum 28. Diese sind durch ein konzentrisch mit dem Tragrohr 24 im Tragrohr 24 angeordnetes Kühlkanalrohr 29 voneinander abgetrennt. Im aussenliegenden Kühlmittelzufuhrraum strömt das Kühlwasser bis zum Ende des Tragrohres, ändert dort seine Bewegungsrichtung, und strömt durch den Kühlmittelabfuhrraum zurück und wird dann aus dem Tragrohr ausgeleitet.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Liste der Bezugszeichen

1 Reduktionsreaktorschacht 2 Zufuhrvorrichtung

3 Schüttung

4 Reduktionsgas

5 Feuertestausmauerung

6 Interne Bustie

7 Bustle-slot

8 Ringraum

9a, 9b, 9c, 9d Mündungen der Bustle-slots 7

10 horizontalen Ebene 10, in der die Mündungen 9a, 9b, 9c, 9d der Bustle-slots 7 liegen

11 Reduktionsgaskanalkörper 12 Tragrohr

13 Halbrohrschale

14 Mantel (des Reduktionsreaktorschachtes 1)

15 Öffnung

16a, 16b Anspeisungen der Bustie 5 17a, 17b innenwandseitigen Enden des

Reduktionsgaskanalkörpers 1

18 Freiraum

19a, 19b Teile einer externen Bustie

20 Bustle-slots

21 Fliegendes Rohr

22 Anspeisung

23 Anspeisung

24 Tragrohr

25 Interne Bustie

26 Bustle-slots

27 Kühlmittelzufuhrraum

28 Kühlmittelabfuhrräum

29 Kühlkanalrohr Liste der Anführungen

Patentliteratur EP0904415B1

WO2009000409

WO0036159

WO0036157