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Verfahren zur Erzreduktion, insbesondere von Eisenerz
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Reduktion von Erzen, wie Eisenerz, bei er- höhten Temperaturen, wobei die fühlbare
Wärme des reduzierten Produktes zur Ver- schwelung von kohlehaltigem Material, das flüchtige Stoffe enthält, verwendet wird.
Bei der Reduktion von Oxyderzen zu den entsprechenden Metallen, beispielsweise bei der Reduktion von Eisenerzen zu metallischem Eisen, ist es üblich, kohlehaltige Reduktionsmittel verschiedener Art zu verwenden. Enthalten diese jedoch wesentlichen Mengen an flüchtigen Stoffen (wie im Falle von Kohle, Sägemehl, Torf, Braunkohle od. dgl. ), ist es schwierig, das Entweichen von unverbrannten oder nur teilweise verbrannten flüchtigen Stoffen aus der Reaktionszone in die Atmosphäre zu verhindern, wodurch Wärmeverluste entstehen und ausserdem die Luft in störender Weise verunreinigt wird. Kondensieren die flüchtigen Stoffe aber in der Apparatur, neigen die teerartigen Rückstände usw. dazu, Teile der Anlage zu überziehen und zu verstopfen.
Vorzugsweise werden daher für die eigentliche Reduktionsoperation solche kohlehaltige Reduktionsmittel verwendet, die nur geringe Mengen an flüchtigen Stoffen enthalten, wie Koks, verkohlte Materialien od. dgl. Derartige Materialien sind in der Natur nicht leicht zugänglich und müssen aus in der Natur vorkommenden Materialien, die viele flüchtige Bestandteile enthalten, wie Kohle u. dgl., durch eine thermische Behandlung, die die flüchtigen Bestandteile entfernt, gewonnen werden. Die'hiefür erforderliche Wärme wird üblicherweise durch teilweise Verbrennung des behandelten Materiales geliefert. Das bringt natürlich auch einen wesentlichen Verlust an theoretisch erzielbaren Wärmemengen mit sich.
Ein weiterer Verlust an Wärmemengen ergibt sich durch die übliche Praxis der Erzreduktion bei erhöhten Temperaturen und anschliessendes schnelles Abkühlen des Produktes, beispielsweise durch Abschrecken in Wasser, um eine Wiederoxy- dation des heissen Metalles zu verhindern.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die fühlbare Wärme des reduzierten Erzes zur Verschwelung von kohlenstoffhaltigem, flüchtige Stoffe enthaltendem Material zu ver- wenden, wobei die flüchtigen Verschwelungs- produkte sowie der Verschwelungsrückstand als Reduktionsmittel für das Erz und als
Brennstoff dienen.
Dies wurde in einem aus drei Abteilungen, einer Vorwärm-, einer Re- duktione- und einer Kühlzone bestehenden
Drehrohrofen bewerkstelligt, wobei das aus der Reduktiorrszone kommende Gut seine
Eigenwärme an Kohle oder einen andern
Brennstoff, der dadurch gleichzeitig ver- schwelt wird, abgibt, ohne dass zwischen den beiden Stoffen eine unmittelbare Berührung stattfindet.
Demgegenüber wird gemäss der Erfindung so vorgegangen, dass die heisse ausreduzierte Ofenbeschickung, welche aus relativ grossen Erzstücken und dem relativ feinteiligen Rückstand aus der Verschwelung von kohlenstoffhaltigem Material gebildet und dem Ofen aufgegeben wurde, zur Verschwelung von frischem kohlenstoffhaltigem Material in direktem Kontakt mit demselben vermischt wird, worauf das reduzierte grobstückige Erz (Metallschwamm) vom Verschwelungsrückstand abgetrennt wird, welcher Rückstand zur Reduktion weiterer Erzmengen verwendet wird.
Dieses Verfahren bietet im Vergleich mit dem oben erwähnten bekannten Verfahren den Vorteil, dass durch den direkten Kontakt zwischen der Beschickung und dem zu verschwelenden kohlenstoffhaltigen Material eine wesentlich bessere Wärmeausnutzung ermög- licht und ein beträchtlich höherer Anteil der latenten Wärme der Ofenprodukte für die Verschwelung von frischem Kohlematerial herangezogen werden kann.
Der Umstand, dass die reduzierten Erzprodukte grobstückiger sind als die Verschwelungsprodukte und auch' als das zu verschwelende Rohmaterial, gestattet es, den Betrieb in direktem Kontakt
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und die anschliessende Trennung des Re- duktionsgutes von der Masse der Kohlepro- dukte in einfacher Weise durchzuführen, was bei annähernd gleicher Teilchengrösse aller eingesetzten Stoffe mit beträchtlichen Schwie- rigkeiten verbunden wäre.
Unter dem in der Beschreibung und den
Ansprüchen verwendeten Ausdruck "kohle- haltiges Rohmaterial" soll ein kohlenstoff- haltiges Material verstanden werden, das grosse Mengen an flüchtigen Stoffen enthält, wie Kohle odi. dgl., und unter dem Ausdruck "verkohltes Material" soll ein reaktiver Rück- stand verstanden werden, der relativ ge- ringe Mengen an flüchtigen Bestandteilen ent- hält und der nach der thermischen Austrei- bung der flüchtigen Bestandteile von einem kohlehaltigen Rohmaterial hinterbleibt.
Erfindungsgemäss können praktisch alle, durch kohlehaltige Reduktionsmittel bei erhöhten Temperaturen reduzierbaren Erze verwendet werden. Die Erfindung betrifft jedoch insbesondere Eisenerze, vor allem Eisenerze mit, einem niedrigen Eisengehalt vom "Taconite"-Typ. Ebenso kann das Reduktionsmittel ein beliebiges- kohlehaltiges Rohmaterial sein, das merkliche Mengen an brennbaren flüchtigen Stoffen enthält, die durch Wärme ausgetrieben werden können und dabei einen verkohlten Rückstand hinterlassen. Jedoch wird ein, Kohletyp, der keinen Koks bildet, bevorzugt. Die Kombination von kohlehaltigem Rohmaterial und Erz sollte natürlich so ausgewählt werden, dass das kohlehaltige Rohmaterial bei der Temperatur des Materials, das aus der Reduktionsoperation entfernt wird, verkohlt werden kann.
Die Reduktion von Eisenoxyd gemäss dem Verfahren der Erfindung kann eine partielle Reduktion sein, wie bei der Reduktion von Hämatit zu Magnetit oder andern niedrigen Oxyden des Eisens, oder es kann eine im wesentlichen vollständige Reduktion zu metallischem Eisen sein. Auch eine vollständige Reduktion zu metallischem Eisen mit Schmel- zen und Verfestigung des gebildeten Eisens kommt in Betracht, jedoch bedingt dies die Verwendung einer komplizierten und teuren Ausrüstung, um die Wärmeübertragung von den Reduktionsprodukten zu dem kohlehaltigen Rohmaterial und damit die Verflüchtigung der flüchtigen Materialien aus dem kohlehaltigen Rohmaterial herbeizuführen. Im allgemeinen wird es vorgezogen,
das erfindunggemässe Verfahren nur im Zusammenhang mit partieller Reduktion des Eisenerzes oder mit einer Reduktion zu metallischem Eisen unter solchen Bedingungen zu verwenden, dass ein Schmelzen und Verfestigen des gebildeten Eisens nicht vonstatten geht.
Da direkte Wärmeübertragung vorgesehen ist, ist es erforderlich, die Verfestigung der
Mischung aus fertiger Charge und kohlehalti- gem Rohmaterial oder verkohltem Material zu verhindern. Es besteht nämlich die Ten- denz, dass Teere ü. dgl., die ebenfalls aus dem kohlehaltigen Rohmaterial während der
Verschwelung freigesetzt werden, sich mit den
Partikeln des reduzierten Gutes und des ver- kohlten Materials vermengen und das Ganze zu einer nicht erwünschten kohärenten Masse verschmelzen.
Diese Möglichkeit kann an erster Stelle durch Verwendung eines nicht- kokende Rohmaterials vermieden werden und ausserdem durch Ausführung des Pro- zesses in einem Behälter, der mit einer Rühr- vorrichtung oder andern Bewegungsmitteln ausgerüstet ist, oder durch Arbeiten in der
Wirbelschicht unter Verwendung eines inerten
Gases, Naturgas od. dgl. oder Luft als Wirbel-
Medium.
Bei einer besonders vorteilhaften Aus- führungsform der Erfindung wird zunächst durch Reaktion von relativ grossen Stücken
Eisenerz mit relativ feinverteiltem, verkohltem
Material bei erhöhten Temperaturen, eine heisse Mischung von Reaktionsprodukten her- gestellt, die relativ grosse Stücke von redu- ziertem Eisenerz und überschüssiges, relativ feinverteiltes, verkohltes Material enthält.
Nun folgt die Vermischung der heissen Re- aktionsproduktmischung mit einem kohlehalti- gen Rohmaterial, das beträchtliche Mengen an verbrennbaren, flüchtigen Materialien enthält, Austreiben der flüchtigen Materialien aus dem kohlehaltigen Rohmaterial, Sammeln der flüchtigen Materialien und, falls gewünscht.
Verwendung derselben als Brennstoffe, solange sie noch heiss sind, um eine erhöhte Temperatur zur Reduktion von zusätzlichen Mengen an Eisenerz aufrechtzuerhalten, Abtrennen der relativ grossen Stücke an reduziertem Eisenerz von dem überschüssigen, verkohlten Material und vom zusätzlichen, so erhaltenen verkohlten Material, und Verwendung dieser Produkte für die Reduktion von zusätzlichen Mengen Eisenerz. Der Grössenunterschied zwischen dem verhältnismässig grobstückigen reduzierten Erz und dem relativ fein verteilten, verkohlten Material oder anderem Material soll derart sein, dass die Trennung nach Teilchengrösse erleichtert wird, beispielsweise durch Sieben od. dgl.
In der Praxis wurde es als ausreichend gefunden, Eisenerz in Form von Stücken mit einem Durchmesser von 1, 27 bei 2, 54 cm zu verwenden und verkohltes Material und kohlehältiges Rohmaterial von annähernd 2-3 mm Durchmesser. Sowohl das Eisenerz als auch das überschüssige, verkohlte Material, wie es mit dem reduzierten Eisenerzprodukt nach der Reduktion verbleibt, behalten im wesentlichen ihre ursprüngliche Partikelgrösse während der Reduktionsoperation bei, vorausgesetzt, dass
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<tb> MaterialGesamt-Fe <SEP> 34, <SEP> oxo
<tb> Si02 <SEP> 26, <SEP> 8 <SEP> ouzo <SEP>
<tb> Ai <SEP> 5, <SEP> 1"/o <SEP>
<tb> CaO <SEP> 9, <SEP> 2 <SEP> ofo <SEP>
<tb> ego <SEP> 0, <SEP> 20/0 <SEP>
<tb> Rest <SEP> Oxydsauerstoff <SEP> und
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Verunreinigungen,
wurde in einen Drehofen zusammen mit verkohltem Material eingebracht. Das verkohlte Material hatte eine durchschnittliche Partikelgrösse von annähernd 2 bis 3 mm und das verwendete Erz war zerkleinert auf Stücke einer Grösse des Durchs messers 1, 27 bis 3, 81 cm. Die relativen Be- schickungsgeschwindigkeiten an Erz und verkohltem Material waren so eingestellt, dass annähernd 0, 65 kg an verkohltem Material pro kg Eisenerz in den Ofen eingeführt wur- den.
Der Ofen wurde durch einen ölbefeuerten
Brenner, der im Austragende des Ofens ge- legen war, geheizt und so eingestellt, dass eine Temperatur zwischen 10270 und 1048' in dem unteren Drittel des Ofens aufrecht- erhalten wurde, in dem die Reduktiomopera- tion vonstatten ging. Luft- und öleinlass in den Ofen waren so reguliert, dass eine redu- zierende Atmosphäre über dem Bett aufrecht- erhalten wurde. Die Ofengeschwindigkeit wurde so eingestellt, dass das Eisenerz einer mittleren Verweilzeit von 2'/2 Stunden im heissen Teil des Ofens unterworfen war. Eine Mischung von reduziertem Erz und dem restlichen verkohlten Material wurde aus dem Ofen bei einer Temperatur von 10380 ausgetragen.
Die Analyse zeigte an, dass annähernd 0, 12 Teile des verkohlten Materials für jeden Teil Erz verbraucht worden waren während der Zeit, die die Füllung zur Durchquerung des Ofens benötigte.
Das heisse (ungefähr 10380) Austragprodukt wurde sofort in einen zweiten Drehofen zusammen mit Kohle gegeben. Die verwendete
Kohle war vorher getestet worden, und man hatte gefunden, dass sie imstande war, 0, 8 Teile verkohltes Material pro Teil Kohle zu bilden. Die relativen Füllgeschwindigkeiten von Ofenaustrag und eingeführter Kohle in den zweiten Ofen waren so eingestellt, dass 0, 42 Teile Kohle pro Teil Eisen im Ofenaustrag eingeführt wurden. Diese Kohlemenge entspricht 0, 35 Teilen verkohltem Material pro Teil Eisen oder 0, 12 Teilen an verkohltem Material pro Teil der ursprünglichen Erzfüllung, d. h. der Menge, die verbraucht wurde, wenn der Kreislauf sich gerade geschlossen hatte. Im Ofen war ein Gasablass vorgesehen.
Das durch das Verschwelen der Kohle er- zeugte Gas wurde direkt zum Austragende des ersten Ofens zurückgeführt, wo es in einem Gasbrenner verbrannt wurde. Auf Grund
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auf annähernd 3/4 des ursprünglichen Wertes zu vermindern, um die Temperaturbedingungen aufrechtzuerhalten.
Nach einer durchschnittlichen Verweilzeit von 30 Minuten war der Austrag des zweiten Ofens eine Mischung von reduziertem Eisenerz mit verkohltem Material, von dem ein Teil überschüssiges verkohltes Material war. das mit dem Ofenaustrag eingeführt worden' war, während der Rest neu hergestelltes verkohltes Material darstellte, das durch die Einwirkung des heissen Ofenaustrages auf die Kohle erhalten worden war. Die Temperatur des Austrages betrug ungefähr 8690 ; er wurde gekühlt und gesiebt, um die grossen Stücke an reduziertem Eisenerz zu entfernen, die weiter zu metallischem Eisen umgesetzt wurden.
Das neu hergestellte verkohlte Material und das
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überschüssige verkohlte Material wurden dann mittels eines Magneten von dem kleinen Teil reduzierten Eisenerz, das durch Abrieb im Ofen entstanden war, abgetrennt. Das feine Eisenerz wurde mit dem überbleibsel des Eisenerzes verfestigt und ebenfalls zu metallischem Eisen umgesetzt. Das verkohlte Material wurde zusammen mit dem zusätzlichen Eisenerz in den Ofen zurückgeführt und der Kreislauf wieder begonnen.
Wie angedeutet wurde, werden gemäss einer besonderen Ausführungsform dieser Erfindung die brennbaren flüchtigen Stoffe, die durch die Verkohlungsoperation hergestellt werden, in das Verbrennungssystem des Reduktionofens zurückgegeben. Es soll jedoch bemerkt werden, dass diese flüchtigen Bestandteile eine Quelle von wertvollen chemischen Verbindungen sein können und daher, falls ge- wünscht, gesammelt und weiter aufgearbeitet werden können zur Gewinnung dieser Stoffe in bekannter Weise.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Erzreduktion, insbesondere von Eisenerz, bei dem die fühlbare Wärme des ausreduzierten Erzes zur Verschwelung von kohlenstoffhaltigem Material verwendet wird und die flüchtigen Verschwelungsprodukte sowie der Verschwelungsrückstand als Reduktionsmittel für das Erz und als Brennstoff dienen, dadurch gekennzeichnet, dass die heisse ausreduzierte Ofenbeschickung, welche aus relativ grossen Erzstücken und dem relativ feinteiligen Rückstand aus der Versc'hwelung von kohlenstoffhaltigem Material gebildet und dem Ofen aufgegeben wurde, zur Verschwelung von frischem kohlenstoffhaltigem Material in direktem Kontakt mit demselben vermischt wird, worauf das reduzierte grobstückige Erz (Metallschwamm) vom Verschwelungsrückstand abgetrennt wird,
welcher Rückstand ! zur Reduktion weiterer Erzmengen verwendet wird.