DE1076629B

DE1076629B - Method and device for conveying finely divided solid substances, in particular for the reduction of iron ores, by means of gases that keep them suspended in successive layers

Info

Publication number: DE1076629B
Application number: DEU5384A
Authority: DE
Inventors: Walfred Wilhelm Jukkola
Original assignee: United States Steel Corp
Current assignee: United States Steel Corp
Priority date: 1957-06-04
Filing date: 1958-06-04
Publication date: 1960-03-03

Description

Verfahren und Vorrichtung ei zum Fördern feinverteilter fester Stoffe, insbesondere zur Reduktion von Eisenerzen, mittels sie in aufeinanderfolgenden Schichten in Schwebe haltenden Gasen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum stetigen Transportieren von in schwebendem Zustand gehaltenen festen Stoffen zwischen zwei Kammern, wobei gleichzeitig ein Vermischen der Gase in diesen Kammern verhütet wird.Method and device ei for conveying finely divided solid materials, in particular for the reduction of iron ores, by means of gases holding them in suspension in successive layers Mixing of the gases in these chambers is prevented.

Die Erfindung ist insbesondere für einen kontinuierlichen direkten Reduktionsprozeß für Eisenerz geeignet, um feinverteilte Eisenerzteile aus einer Vorwärmkammer in eine Reduktionskammer zu überführen. In der Vorwärmkammer werden die Erzteilchen auf eine Temperatur gebracht, die in der Regel im Bereich von 870 bis 950' C liegt, indem ein Brennstoff verbrannt wird. Die Verbrennungsprodukte dienen auch als ein den Schwebezustand hervorrufendes oxydierendes Gas. In der Reduktionskammer werden die vorerwärrnten feinen Erzteilchen in der Schwebe gehalten und durch Behandlung mit einem vorerhitzten Reduktionsgas, wie etwa Wasserstoff, Kohlenmonoxyd oder Mischungen davon reduziert. Sowohl aus Sicherheitsgründen als auch aus Verfahrensgründen ist es wesentlich, die Vermischung der Gase aus den beiden Kammern zu verhindern.The invention is particularly suitable for a continuous direct reduction process for iron ore in order to transfer finely divided iron ore parts from a preheating chamber into a reduction chamber. In the preheating chamber, the ore particles are brought to a temperature, which is usually in the range of 870 to 950 ° C., by burning a fuel. The products of combustion also serve as a levitating oxidizing gas. In the reduction chamber, the preheated fine ore particles are suspended and reduced by treatment with a preheated reducing gas such as hydrogen, carbon monoxide or mixtures thereof. For both safety and procedural reasons, it is essential to prevent the gases from the two chambers from mixing.

Ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, um im Schwebezustand gehaltene feste Teilchen zwischen zwei Kammern zu transportieren, in denen eine U-Rohr-Abdichtung ein Vermischen von Gasen aus den Kammern verhindert, und die festen Stoffe innerhalb des U-förmigen Rohres werden in einem Schwebezustand gehalten, indem ein Gas eingeführt wird, das sich mit den Gasen in beiden Kammern verträgt, d. h. sich mit jedem einzelnen der anderen Gase ohne schädliche Wirkung vermischen kann.It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for transporting suspended solid particles between two chambers in which a U-tube seal prevents mixing of gases from the chambers and the solids within U-shaped tube are held in a floating state by introducing a gas which is compatible with the gases in the two chambers, i. H. can mix with any one of the other gases without harmful effects.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann in einer oder beiden Kammern mit einem darauf einwirkenden Gegendruck gearbeitet werden.In the device according to the invention, in one or both chambers be worked with a counterpressure acting on it.

Die Vorrichtung ist mit durch Druck gesteuerten Abstelleinrichtungen versehen, um selbsttätig das Fließen zu unterbrechen, wenn eine Störung auftritt, wie etwa ein Druckabfall oder ein Mangel an Material.The device is provided with pressure-controlled parking devices provided to automatically interrupt the flow if a fault occurs, such as a pressure drop or lack of material.

Die Zeichnung zeigt eine erste Kammer 10 und eine zweite Kammer 12, die in der Schwebe gehaltene Schichten feinverteilter fester Stoffe enthalten und eine Übertragungsvorrichtung 13 nach der Erfindung, um feste Teilchen aus der Kammer 10 in die Kamrner 12 zu übertragen. Die Kammer 10 enthält obere und untere Schichten A und B, die auf waagerechten durchbrochenen Zwischenböden 14 und 15 ruhen. In gleicher Weise enthält die Kammer 12 Schichten C und D, die auf durchbrochenen Zwischenböden 16 und 17 ruhen. Die Übertragungsvorrichtung kann genauso gut benutzt werden, wenn eine oder beide Kammern eine größere Anzahl von Schichten oder nur eine einzige Schicht enthalten. Die Kammer 10 hat einen Gaseinlaß 18 an ihrem unteren Ende und einen Gasauslaß 19 an ihrem oberen Ende, ein Zuleitungsrohr 20 für die festen Teile über dem oberen durchbrochenen Zwischenboden 16, ein überlaufrohr 21, das die Schichten A und B verbindet, und einen Abgabekanal 22 für die festen Teilchen über dem unteren durchbrochenen Zwischenboden 15. In gleicher Weise hat die Kammer 12 einen Gaseinlaß 23, einen Gasauslaß 24, eine Zuleitung für feste Teilchen 25, ein Überlaufrohr 26 und ein Abgaberohr 27 für feste Teile, die alle in gleicher Art angeordnet sind. Vorzugsweise ist einer oder beide Gasauslässe mit Zyklon-Staubabscheidern 28 versehen, die nur am Gasauslaß 24 der Kammer 12 dargestellt sind. Feinverteilte feste Stoffe werden durch die Zuleitung 20 in die obere Schicht A der Kammer 10 eingeführt, fließen aus der Schicht A über das Überlaufrohr 21 zu der Schicht B und fließen von der Schicht B durch den Abgabekanal 22 in die Übertragungsvorrichtung 13. Nach dem Durchlaufen durch die Übertragungsvorrichtung laufen diese festen Teilchen über die Zuleitung 25 zur oberen Schicht C in der Kammer 12, fließen von der Schicht C durch das Überlaufrohr 26 zu der Schicht D und fließen von der Schicht D durch das Abgaberohr 27 zur weiteren Behandlung ab. Im Schwebezustand haltendes Gas wird den Kammern 10 und 12 durch die Gaseinlässe 18 und 23 zugeführt, fließt nach aufwärts durch die durchbrochenen Zwischenböden und die Schichten gegen den Strom der festen Teilchen und tritt durch die Gasauslässe 19 und 24 aus. Die Übertragungsvorrichtung 13 hat erste und zweite senkrechte Standrohre29 und 30 und ein abwärts schräg geneigtes Verbindungsrohr31, das mit den unteren Teilen der Standrohre verbunden ist. Der Abgabekanal 22 aus der Kammer 10 tritt in den oberen Teil des Standrohres 29 ein. Der Zuleitungskanal 25 zur Kammer 12 gibt aus dem oberen Teil Feststoffteilchen des Standrohres 30 ab. Gas-Einlaßleitungen 32 und 33 sind mit den unteren Enden der Standrohre 29 und 30 verbunden.The drawing shows a first chamber 10 and a second chamber 12 containing suspended layers of finely divided solids and a transfer device 13 according to the invention for transferring solid particles from the chamber 10 into the chamber 12. The chamber 10 contains upper and lower layers A and B, which rest on horizontal perforated intermediate floors 14 and 15. In the same way, the chamber 12 contains layers C and D, which rest on perforated intermediate floors 16 and 17. The transfer device can be used just as well when one or both chambers contain a large number of layers or only a single layer. The chamber 10 has a gas inlet 18 at its lower end and a gas outlet 19 at its upper end, a supply pipe 20 for the solid parts above the upper perforated intermediate floor 16, an overflow pipe 21 connecting layers A and B, and a discharge channel 22 for the solid particles above the lower perforated intermediate floor 15. Similarly, the chamber 12 has a gas inlet 23, a gas outlet 24, a supply line for solid particles 25, an overflow pipe 26 and a discharge pipe 27 for solid parts, all arranged in the same way are. One or both of the gas outlets is preferably provided with cyclone dust separators 28 , which are only shown at the gas outlet 24 of the chamber 12. Finely divided solids are introduced through the supply line 20 into the upper layer A of the chamber 10 , flow from the layer A via the overflow pipe 21 to the layer B and flow from the layer B through the discharge channel 22 into the transfer device 13. After passing through the transfer device, these solid particles pass through the feed line 25 to the upper layer C in the chamber 12, flow from the layer C through the overflow pipe 26 to the layer D and drain from the layer D through the delivery pipe 27 for further treatment. Suspended gas is supplied to chambers 10 and 12 through gas inlets 18 and 23 , flows upward through the perforated trays and layers against the flow of solid particles, and exits through gas outlets 19 and 24. The transmission device 13 has first and second vertical standpipes 29 and 30 and a downward sloping connection pipe 31 connected to the lower parts of the standpipes. The discharge channel 22 from the chamber 10 enters the upper part of the standpipe 29 . The supply channel 25 to the chamber 12 emits solid particles of the standpipe 30 from the upper part. Gas inlet lines 32 and 33 are connected to the lower ends of the standpipes 29 and 30 .

Ein Gas das sich mit den Gasen in den beiden Kammern 10 und 12 verträgt, wird über diese Einlaßrohre in die entsprechenden Standrohre eingeführt, wo es die festen Teilchen darin in einem Schwebezustand hält. Übliche nicht gezeigte Vorrichtungen können verwendet werden, um den Fluß dieses Gases zu regeln, um einen richtigen Schwebezustand zu gewährleisten. Dieses Gas fließt von den oberen Teilen der Standrohre durch den Abgabekanal 22 für die festen Teilchen in die Kammer 10 und durch den Zuleitungskanal 25 für die festen Teilchen in die Kammer 12. Die Standrohre 29 und 30 und das Verbindungsrohr 31 bilden ein U-förmiges Rohr. Vorzugsweise arbeitet das System so, daß der freie Raum über der Schicht B in der Kammer 10 den gleichen Druck hat wie der freie Raum über der Schicht C in der Kammer 12. Demgemäß unterliegen die Säulen im Schwebezustand gehaltener fester Stoffe in den Standrohren 29 und 30, die die Arme des U-förmigen Rohres bilden, gleichen Drücken. Die Höhen der Säulen sind genügend, um die Kammern gegen Austritt von Gas in eines der beiden Standrohre abzudichten, trotz jedes beliebigen Druckunterschiedes, der auftreten kann und trotz irgendeines positiven Gegendruckes, der auf eine der Kammern einwirken könnte. Die festen Teilchen fließen frei aus der Kammer 10 aus, durch den Abgabekanal 22, das Standrohr 29 und das Verbindtingsrohr 31, das Standrohr 30 aufwärts und abwärts durch die Zuleitung 25 in die Kammer 12.A gas that is compatible with the gases in the two chambers 10 and 12 is introduced via these inlet pipes into the corresponding standpipes, where it holds the solid particles therein in a suspended state. Conventional devices, not shown, can be used to regulate the flow of this gas in order to ensure a correct state of suspension. This gas flows from the upper parts of the standpipes through the discharge channel 22 for the solid particles into the chamber 10 and through the supply channel 25 for the solid particles into the chamber 12. The standpipes 29 and 30 and the connecting pipe 31 form a U-shaped pipe . Preferably, the system operates so that the free space above layer B in chamber 10 is the same pressure as the free space above layer C in chamber 12. Accordingly, the columns are subject to suspended solids in standpipes 29 and 30 that form the arms of the U-shaped tube, equal pressures. The heights of the columns are sufficient to seal the chambers against leakage of gas into either standpipe, despite any pressure differential that may occur and despite any positive back pressure that may act on either chamber. The solid particles flow freely out of the chamber 10 , through the delivery channel 22, the standpipe 29 and the connecting pipe 31, the standpipe 30 upwards and downwards through the supply line 25 into the chamber 12.

Als Sicherheitsmaßnahme wird vorzugsweise die Übertragungseinrichtung mit einem Mittel versehen, um selbsttätig das Durchfließen zu verhindern, wenn der Druck abfällt, obwohl die Säulenhöhen allein bereits genügen, um das Fließen zu verhindern. Eine statische Schicht von festen Teilchen ist für einen Gasstrom weniger durchlässig als eine im Schwebezustand gehaltene Schicht. Daher wird zunächst die Zuleitung von im Schwebezustand haltenden Gasen in die Standrohre 29 und 30 unterbrochen. Aus diesem Grunde enthalten die Gaseinlaßrohre 32 und 33 Absperrventile 34 und 35, die durch Druck gesteuerte Betätigungsvorichtungen 36 und 37 aufweisen. Eine Leitung 38 verbindet diese Einrichtungen mit einer Druckluftquelle. Die Leitung 38 enthält ein Dreiwegeventil 39, das einen Betätigungs-Solenoid 40 hat. Eine erste Druckunterschiedsvorrichtung 41 ist mit dem freien Raum oberhalb der Schicht B in Kammer 10 und dem freien Raum oberhalb der Schicht C in Kammer 12 verbunden. Eine zweite Druckunterschiedsvorrichtung 42 ist mit den oberen und unteren Teilen des Standrohres 29 verbunden. Eine dritte Druckunterschiedsvorrichtung 43 ist mit dem oberen und unteren Teil des Standrohres 30 verbunden. Die Druckunterschiedsvorrichtungen 41, 42 und 43 sind mit Druckschaltern 44, 45 und 46 verbunden. Wenn die Druckunterschiedsvorrichtung 41 einen merklichen Druckunterschied zwischen den beiden freien Räumen oder eine der Druckunterschiedsvorrichtunegen 42 oder 43 einen anormalen Druckunterschied zwischen dem Boden und der Oberseite der Säulen in den entsprechenden Standrohren anzeigt, beispielsweise durch Mangel an Material verursacht, schließt sich einer der Schalter 44, 45 oder 46 und schließt einen Stromkreis zu dem Solenoid 40. Daraufhin bewegt sich das Dreiwegeventil 39, um die Luftleitung 38 zu schließen und den Druck aus den Ventilbetätigungsvorrichtungen 36 und 37 ausströmen zu lassen. wodurch die Ventile 34 und 35 geschlossen werden. Die Ventile und ihre Betätigungseinrichtungen, die Differentialdruckvorrichtungen und die Druckschalter sind alle an sich allgemein bekannte und übliche ZD Vorrichtungen. Als weitere Sicherheitsmaßnahme wir ' d vorzugsweise das Standrohr30 abgeschlossen, wenn ein Druckabfall auftritt. Für diesen Zweck enthält das Standrohr einen Ventilsitz47 unter seiner Verbindung mit dem Zuleitungskana125 für feste Teilchen. Ein damit zusammenarbeitendes Ventil48 ist zur hin- und hergehenden Bewegung in dem Standrohr angeordnet und hat eine durch Druck gesteuerte Betätigungsvorrichtung49. Die Druckluftleitung38 ist ebenfalls mit der Betätigungsvorrichtung49 verbunden, so daß das Ventil47, 48 sich zu gleicher Zeit schließt, wie die Ventile 34 und 35. As a safety measure, the transmission device is preferably provided with a means to automatically prevent the flow if the pressure drops, although the column heights alone are sufficient to prevent the flow. A static layer of solid particles is less permeable to a gas flow than a layer kept in suspension. Therefore, the supply of suspended gases into the standpipes 29 and 30 is first interrupted. For this reason, the gas inlet pipes 32 and 33 contain shut-off valves 34 and 35 which have actuators 36 and 37 controlled by pressure. A line 38 connects these devices to a source of compressed air. Line 38 contains a three-way valve 39 which has an actuation solenoid 40. A first pressure differential device 41 is connected to the free space above the layer B in chamber 10 and the free space above the layer C in chamber 12. A second pressure differential device 42 is connected to the upper and lower parts of the standpipe 29 . A third pressure differential device 43 is connected to the upper and lower parts of the standpipe 30 . The pressure differential devices 41, 42 and 43 are connected to pressure switches 44, 45 and 46. If the pressure difference device 41 indicates a noticeable pressure difference between the two free spaces or one of the pressure difference devices 42 or 43 indicates an abnormal pressure difference between the bottom and the top of the columns in the corresponding standpipes, for example caused by a lack of material, one of the switches 44 closes, 45 or 46 and closes a circuit to the solenoid 40. The three-way valve 39 then moves to close the air line 38 and allow the pressure from the valve actuators 36 and 37 to flow out. whereby the valves 34 and 35 are closed. The valves and their actuating devices, the differential pressure devices and the pressure switches are all generally known and conventional ZD devices per se. As a further safety measure, it is preferred that the standpipe 30 be closed off if a pressure drop occurs. For this purpose, the standpipe includes a valve seat 47 under its connection with the solid particle feed channel 125. A cooperating valve 48 is arranged for reciprocating movement in the standpipe and has an actuator 49 controlled by pressure. The compressed air line 38 is also connected to the actuator 49 so that the valve 47, 48 closes at the same time as the valves 34 and 35.

Bei dem Beispiel der Eisenerzreduktion kann die Kammer 10 ein zweistufiger Vorerhitzer sein, die ihr zugeführten festen Teilchen können Eisenerzteilchen sein und das Gas eine Mischung von brennbaren Gasen und Überschußluft. Die Kammer 12 kann eine zweistufige Reduktionsvorrichtung sein, die daraus abzugebenden festen Teilchen können Schwammeisen sein, und das zugeführte Gas kann ein vorerhitztes Reduktionsgas, wie etwa Wasserstoff, Kohlentnonoxyd oder Mischungen davon sein. Nachdem das Reduktionsgas das Reduktionsgerät verläßt, wird es durch Entfernung der Reaktionsprodukte regeneriert und in dem Verfahren erneut verwendet. Deswegen darf es nicht mit Verbrennungsprodukt -en aus dem Vorerhitzer vermischt werden. Das sich mit beiden Gasen vertragende und den beiden Standrohren zugeführte Gas kann Dampf sein. Im Standrohr 29 dient Dampf auch dazu, Oxydierungsprodukte der Verbrennung von den vorerhitzten Erzteilchen abzustreifen. Da diese Verbrennungsprodukte nur nützlich sind, um ihre Hitze wiederzugewinnen, ist Hinzufügen von Gas nicht schädlich, aber eine Durchsetzung mit erloschenem Reduktionsgas würde zweckmäßig sein. Verbrauchtes Reduktionsgas enthält bereits Wasserdampf als Reaktionsprodukt. Aus diesem Grunde erhöht über das Standrohr zugeführter Dampf nur leicht den Wassergehalt, der anschließend entfernt wird, wenn das Gas regeneriert wird.In the iron ore reduction example, the chamber 10 can be a two-stage preheater, the solid particles fed to it can be iron ore particles, and the gas can be a mixture of combustible gases and excess air. The chamber 12 can be a two stage reduction device, the solid particles to be dispensed therefrom can be sponge iron, and the gas supplied can be a preheated reducing gas such as hydrogen, carbon dioxide, or mixtures thereof. After the reducing gas leaves the reduction device, it is regenerated by removing the reaction products and used again in the process. Therefore it must not be mixed with combustion products from the preheater. The gas that is compatible with both gases and fed to the two standpipes can be steam. In the standpipe 29 , steam also serves to strip oxidation products of the combustion from the preheated ore particles. Since these products of combustion are only useful for recovering their heat, adding gas is not detrimental, but enforcement with extinguished reducing gas would be useful. Used reducing gas already contains water vapor as a reaction product. For this reason, steam supplied through the standpipe only slightly increases the water content, which is then removed when the gas is regenerated.

Claims

PATENT CLAIMS. ' 1. A method for conveying finely divided solids, in particular for the reduction of iron ores, by means of them in successive layers in suspension gases, the solid substances are continuously conveyed from one chamber to another, characterized in that the solid substances from the first chamber (10) exit into the head of a downward flowing column (29), from the lower part of which they flow into the lower part of an ascending column (30) , whereupon they flow from the apex of this column (30) into the second chamber (12) whereby a gas which is indifferent to the gases in both chambers (10, 12) and which holds the particles in suspension is fed (32, 33) to the bases of the two columns (29, 30). 2. The method of claim 1, wherein the solids with different they are treated in suspension holding gases and the gas on the chwebe in S held S chichten in E ach chamber a predetermined pressure has, characterized in that the heights of the columns ( 29, 30) are chosen so that they shut off the chambers (10, 12) against the passage of gases from one to the other, so that the columns form a kind of liquid seal against mixing of the gases in the two chambers (10, 12). 3. Apparatus for practicing the method according to claim 1 and 2, wherein two chambers with inlet and outlet are provided at the top and bottom for the gases holding the particles in suspension, the particles continuously from the one chamber through an outlet and into the second chamber are conveyed through an inlet, characterized in that a U-tube (13) is arranged between the two chambers (10, 12), on one arm (29) of which the outlet (22) from the first chamber (10) and on the other arm (30) of which the inlet (25) into the second chamber (12) are attached, both arms (29, 30) being of such a height that the columns of solid particles suspended therein both chambers (10, 12) seal against the flow of gases from one to the other through the U-tube and at the bottom of the arms of the U-tube (29, 30) feed lines (32, 35) for a suspended particle against the gases in the Chambers (10, 12) indifferent gas are provided. 4. The device according to claim 3, characterized by shut-off devices (34, 35) in the supply pipes (32, 33) of the gas holding the particles in suspension to the bottoms of the U-tube legs (29, 30) and a device responsive to pressure differences ( 41) for actuating the shut-off devices (34, 35) in the event of a pressure drop at which the columns of solid particles in the U-tube become immobile. 5. The device according to claim 4, characterized in that the responsive to pressure differences device (41) is designed so that it responds to the pressure differences in both chambers (10, 12) and to the pressure differences between the bottom and head parts of the U-tube legs (29, 30) responds. 6. Apparatus according to claim 5, characterized in that in the U-tube leg of the ascending column (30) a shut-off valve (48) actuated by pressure differences below the confluence of the inlet (25) to the second chamber (12) sits, which in the event of a pressure drop is closed. 7. The device according to claim 6, characterized in that further by pressure differences responsive devices (42, 43) are arranged, which are arranged such that they respond to pressure differences between the chambers (10, 12) and pressure differences between the bottom and top of the U. - address pipe legs (29, 30) ,