AT372702B - Verfahren zur herstellung von stahl aus eisenoxid - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stahl aus Eisenoxyd, wobei in einem ersten Schritt das Eisenoxyd in Teilchenform in einem Wirbelbett durch eine Mischung von Wasserstoff und ein kohlenstoffhaltiges Material enthaltenden Gasen aufgekohlt wird, wobei in einem Zwischenschritt elementares Eisen gebildet wird. 



   Die steigende Notwendigkeit, wegen der Erschöpfung der Eisenerz und aus wirtschaftlichen Gründen ärmere Eisenerze zur Stahlerzeugung zu verwenden, führt zum Wunsch, die Kosten bei der Stahlherstellung aus Eisenerz zu verringern. Die Bemühungen nach einer Kostensenkung konzentrierten sich darauf, den im hohen Masse ölverbrauchenden Schachtofen (Hochofen) zu umgehen. 



   Die US-PS Nr. 2, 780, 537 beschreibt ein Verfahren zum Umwandeln von Eisenoxyden in Carbide mit Hilfe eines Wirbelbettes, wobei Kohlenmonoxyd als hauptsächliches   Reduktions-und Aufkohlungs-   gas verwendet wird. Das Reduktionsgas kann nicht mehr als 50   Vol.-%   Wasserstoff, bezogen auf den Kohlenmonoxydgehalt, enthalten. Vor diesem bekannten Verfahren wurde bereits vorgeschlagen, Wasserstoff als Reduktionsgas für Eisenoxyde mit einem geringen Eisengehalt in einem Wirbelbett 
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Eisen oder Stahl arbeitet. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, an Stelle von Eisenoxyd metalli- sches Eisen in Eisencarbid umzuwandeln. 



   Wirbelbettverfahren wurden gleichfalls für die Direktreduktion von Eisenoxyden zu metallischem
Eisen vorgeschlagen, wobei dann das metallische Eisen wieder in Eisencarbid umgewandelt werden kann. Diese Direktreduktionsverfahren haben jedoch den Nachteil, dass das Erzeugnis in manchen
Fällen oxydationsempfindlich ist, was eine Brikettierung erfordert. Ferner kann bei einigen Ver- fahren die Neigung zum Verkleben nicht gänzlich beseitigt werden, so dass Schwierigkeiten im Wir- belbett entstehen. 



   Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung von Stahl aus Eisenoxyd, wobei in einem ersten Schritt das Eisenoxyd in Teilchenform in einem Wirbelbett durch eine Mi- schung von Wasserstoff und ein kohlenstoffhaltiges Material enthaltenden Gasen aufgekohlt wird, wobei in einem Zwischenschritt elementares Eisen gebildet wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der im Wirbelbett vorhandene Wasserstoff in einem Anteil von mehr als 60   Vol.-%   des im Wirbelbett vorhandenen Kohlenmonoxyds eingesetzt wird, wobei die Temperatur im Bereich von 480 bis 7050C gehalten wird, um Eisencarbid zu bilden, ohne dass klebriges elementares Eisen produziert wird, worauf das Eisencarbid in einem ausserhalb des Wirbelbettes befindlichen Ofen in Stahl übergeführt wird. 



   Die US-PS Nr. 3, 788, 835 offenbart die Möglichkeit, dass Eisencarbid als Zwischenprodukt vorhanden sein kann, doch ist das Endprodukt aus dem Wirbelbett-Reaktor vollständig reduziertes Eisen und nicht Eisencarbid. 



   Die US-PS Nr. 3, 288, 590 wendet zwar Temperaturbereiche in der gleichen Grössenordnung, wie dies erfindungsgemäss der Fall ist, an, doch nur in Verbindung mit dem Arbeiten bei hohem Druck ; von einem Wirbelbett wird in dieser Patentschrift nichts erwähnt. 



   Die US-PS Nr. 3, 160, 498 offenbart die Behandlung von fein zerteiltem Eisenerz in einem Wirbelbett, doch wieder ist das Produkt dieses Wirbelbettes metallisches Eisen und nicht Eisencarbid. 



   Schliesslich bezieht sich die US-PS Nr. 3, 637, 368 auf die Herstellung von metallischem Eisen in einem Wirbelbett ; aus den angegebenen Gründen dürfte jedoch kein zufriedenstellendes oder effizientes Ergebnis erzielt werden. 



   Die GB-PS Nr. 747, 584 beschäftigt sich mit den Problemen von elementarem Eisen in Wirbelbetten, doch sind die Reaktionsbedingungen so, dass elementares Eisen gebildet wird, erhebliche Anteile hievon klebrig werden und erst anschliessend die Überführung in Eisencarbid erfolgt. Die spezifischen Verhältnisse von Wasserstoff zu kohlenstoffhaltigen Gasen unterscheiden sich von jenen der Erfindung, wobei es tatsächlich diese Temperaturunterschiede sind, die wichtig sind, das vor- übergehend vorhandene freie Eisen vor dem Klebrigwerden zu schützen. 



   Mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens ist es somit möglich, ohne Verwendung eines Schachtofens (Hochofen) Stahl aus Eisenoxyd zu erzeugen. 



   Im allgemeinen werden bestimmte Eisenoxyde oder Konzentrate bevorzugt. Die Umwandlung von Eisenoxyd in Eisencarbid über die Reduktion zu Eisen wird bei einer Temperatur von nicht 

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 mehr als   705 C   ausgeführt, wobei ein bevorzuger Temperaturbereich 480 bis 6500C beträgt. Das
Aufkohlen des reduzierten Eisens zum Carbid kann so vorgenommen werden, dass ausreichend Kohlen- stoff im Eisencarbiderzeugnis übrig bleibt, um bei der Verbrennung in einem basischen Sauerstoff- ofen genügend Wärme abzugeben, um das Verfahren ohne äussere Wärmezufuhr,   d. h.   auto-thermal, ablaufen zu lassen. Das   CO/CO     2-Verhältnis   und das Verhältnis von Wasserstoff zu Wasserdampf wird in den Gasen auf Werten gehalten, die für eine Oxydation des Eisencarbids nicht ausreichen. 



   Die Abgase der Stahlerzeugung, etwa 90% CO, können wieder verwendet werden und dienen zum Teil als Reduktionsgas beim Reduzieren und Aufkohlen im Wirbelbett. Stoffbilanz-Berechnungen zeigen, dass der Kohlenstoffgehalt des Abgases ausreicht, den gesamten erforderlichen Kohlenstoff für den Reduktions- und Aufkohlungsvorgang zur Verfügung zu stellen. Demzufolge kann der gesamte für das Aufkohlen benötigte Kohlenstoff, der im Betrieb in geringem Umfange verbraucht wird, durch eine kontinuierliche Wiederverwendung der Abgase von der Stahlerzeugung zur Verfügung gestellt werden, wenn das Aufkohlen und die nachfolgende Überführung in Stahl in einem konti- nuierlichen Vorgang ausgeführt werden. Dieses beseitigt die Notwendigkeit, beim Aufkohlen Kohlen- stoff zuzusetzen mit der Ausnahme geringer Verluste, die beim Normalbetrieb auftreten.

   Das bedeu- tet, dass der ursprünglich zur Bildung von Eisencarbid zugesetzte Kohlenstoff wiederholt verwendet werden kann, indem er bei der Überführung in Stahl gewonnen und bei Herstellung weiterer Carbide wiederverwendet wird. Werden der Aufkohlungsvorgang und der nachfolgende Oxydationsvorgang kombiniert ausgeführt, so ist keine zusätzliche Wärme erforderlich, um das Verfahren ohne äussere
Wärmezufuhr (auto-thermal) ablaufen zu lassen. Ausserdem befindet sich das Erzeugnis der Auf- kohlungsstufe auf einer Temperatur, die es überflüssig macht, für die nachfolgende Oxydation
Wärme zuzuführen.

   Werden die beiden Schritte getrennt voneinander ausgeführt, so kann warmes
Abgas von der Oxydation benutzt werden, das Eisencarbid vorzuwärmen oder es kann Wärme, soweit erforderlich, auf andere Weise zugeführt werden, um den Stahlherstellungsvorgang auto-thermal ablaufen zu lassen. 



   Das erzeugte Eisencarbid wird vorzugsweise direkt als Zufuhr für einen basischen Sauerstoff- ofen oder Elektroofen verwendet, wobei dann noch Flussmittel, Legierungselemente und andere her- kömmliche Zusätze eingesetzt werden, um direkt und ohne Verwendung eines Schachtofens Stahl zu erzeugen. Der Charge kann Wärme auf verschiedene Weise zugeführt werden, um das Verfahren auto-thermal zu gestalten. So kann eine direkte Erwärmung erfolgen, Brennstoff, wie Kohle oder
Kohlenstoff, zugefügt oder bei der Herstellung des Carbids für ausreichend freien oder ungebundenen
Kohlenstoff gesorgt werden. Auch andere Wege sind denkbar. Die Abgaswärme kann ausgenutzt wer- den und das Abgas kann auch teilweise verbrannt werden, um der Charge Wärme zuzuführen.

   Im letzten Fall muss das   CO/COz-Verhältnis   der Verbrennungsgase unterhalb eines Wertes gehalten wer- den, bei welchem das Eisencarbid bei der erforderlichen Vorwärmtemperatur zerfällt. Basische Sauer- stoff-und Elektroofenverfahren zur Herstellung von Stahl sind bekannt. Das basische Sauerstoff- verfahren oder das basische Sauerstoffofenverfahren unterscheidet sich vom Bessemer- und SM-Ver- fahren in erster Linie dadurch, dass Kohlenstoff und gewisse Verunreinigungen (Schwefel, Phosphor usw.) nicht mit Hilfe von Luft, sondern mit Hilfe von Sauerstoff oxydiert werden. Der Sauerstoff wird dadurch in das im Ofen enthaltene Eisen eingebracht, dass er mit einer Lanze auf oder unter die Oberfläche des schmelzflüssigen Eisens geblasen wird. 



   Das erfindungsgemäss erhaltene Eisencarbid ist eine Mischung von Carbiden der Formeln   Fie. C   und Fest, wobei   FesC   vorherrscht. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren wird im folgenden an Hand von Beispielen und unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt schematisch das erfindungsgemässe Direkt-   stahlherstellungsverfahren.   



   Das Wirbelbett kann von herkömmlicher Art sein, wobei ein fein zerteiltes Zufuhrmaterial auf einem Rost oder einer andern perforierten Unterlage von strömenden Gasen beaufschlagt wird, welche die Reaktionsgase enthalten oder gänzlich aus denselben bestehen. Zusätzlich werden üblicherweise   Oberwachungs- und Kontrolleinrichtungen   für die Heizung und die Temperatur sowie Wärmetauscher, Wäscher, Cyclone, Einrichtungen für die Gas-Wiederverwendung und weitere herkömmliche Einrichtungen benötigt. 



   Im Rahmen der Erfindung bezeichnet der   Ausdruck"wasserstoffhaltiges Gas"nur   Wasserstoffgas 

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 und der   Ausdruck"kohlenstoffhaltiges Material"z. B.   Propan, nicht aber Kohlendioxyd. 



   Ein Eisenerzkonzentrat wird in das Wirbelbett eingebracht, wo es aufgekohlt wird. Das Auf- kohlen muss sorgfältig überwacht werden, um ein Erzeugnis zu erhalten, welches zur Verwendung in einem basischen Sauerstoffofen (BOF-Ofen) oder einem Elektroofen geeignet ist. Eisencarbid wird in derartigen Öfen gerne gesehen, weil es sich nicht selbst entzündet und Verwitterung widersteht, wodurch das Carbid über lange Strecken transportiert und über vernünftige Zeiträume gelagert wer- den kann. 



   Eisenoxyde werden im Wirbelbett zunächst zu Eisen reduziert und das Eisen wird dann in einem kontinuierlichen Verfahren in Eisencarbid umgewandelt, wobei die reduzierenden und aufkoh- lenden Gase gemeinsam verwendet werden. Um ein Verkleben zu vermeiden, welches durch transitorisches Vorliegen von metallischem Eisen herbeigeführt wird, wird die Temperatur jederzeit unter   705 C   gehalten, vorzugsweise im Bereich von 480 bis   650 C.   



   Als Reduktionsgas wird vorzugsweise Wasserstoff verwendet, obwohl Kohlenmonoxyd oder Kohlenwasserstoffgase oder auch Mischungen aus Wasserstoff mit Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffgasen verwendet werden können. Die Zeichnung zeigt die Verwendung von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd, während Wasser abgeführt wird. Wasserstoff wird als Reduktionsgas bevorzugt, weil das gebildete Wasser leicht aus dem Abgas entfernt werden kann, wodurch eine Wiederverwendung des Restgases möglich ist, ohne dass äusserst komplizierte und kostspielige chemische Einrichtungen benötigt werden, um die Oxydationsprodukte des Kohlenstoffs zu entfernen, die gebildet werden, wenn kohlenstoffhaltige Reduktionsgase verwendet werden. 



   Das bevorzugte Aufkohlungsgas ist Propan, obwohl Kohlenmonoxyd oder andere gasförmige Kohlenwasserstoffe oder auch fester Kohlenstoff verwendet werden können ; die niedrigen Alkyl-Kohlenwasserstoffgase werden bevorzugt. Ein breiter Bereich an kohlenstoffhaltigen Materialien kann verwendet werden, sofern sie nur genügend Kohlenstoff zur Bildung der Eisencarbide liefern. 



   Werden die Verhältnisse zwischen Wasserstoff und den kohlenstoffhaltigen Materialien ausgeglichen, so ist es möglich, den Wasserstoff auf eine reduzierende Funktion und den Kohlenstoff auf eine aufkohlende Tätigkeit zu beschränken. Dieses kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, dass ein grösserer Anteil wasserstoffhaltiger Gase gegenüber dem Anteil kohlenstoffhaltiger Gase aufrechterhalten wird. 



   Wegen der in gasförmigen Wasserstoff-, Kohlenstoff-, Sauerstoff-Systemen auftretenden Gleichgewichte erfordern die angestrebten Wasserstoff-Kohlenstoff-Verhältnisse das Vorliegen von Methan im Gassystem. Der Anteil an vorliegendem Methan hängt vom Kohlenstoff-Wasserstoff-Verhältnis und von den Temperatur- und Druckbedingungen ab. 



   In der folgenden Tabelle sind Versuchsergebnisse zusammengestellt, die während der vorstehend beschriebenen Reduzierung und Aufkohlung in einem Wirbelbett erzielt wurden. 

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  Beispiele zur Fe.C-Erzeugung 
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<tb> 
<tb> Chargen <SEP> Erz <SEP> Erz-Teilchengrösse <SEP> zugesetzter <SEP> Anteil <SEP> Gaszusätze <SEP> Temperatur <SEP> Abges-Analyse* <SEP> Erzeugnis <SEP> Bemerkung
<tb> Nr.( m) <SEP> Erz <SEP> (g/min) <SEP> H2 <SEP> C3H3 <SEP> N2 <SEP>  C <SEP> H2 <SEP> N2 <SEP> CH4 <SEP> CO <SEP> CO2 <SEP> (%C)
<tb> 1/min <SEP> 1/min <SEP> 1/min <SEP> Vol.

   <SEP> -% <SEP> Vol.-% <SEP> Vol.-% <SEP> Vol.-% <SEP> Vol.-%
<tb> 30 <SEP> Hämatit <SEP> 841-149 <SEP> 0** <SEP> 2,5 <SEP> 1,0 <SEP> 0,5 <SEP> 631 <SEP> 77,0 <SEP> 0,5 <SEP> 6,3 <SEP> 8,9 <SEP> 2,0 <SEP> 4,35 <SEP> noch <SEP> rotes <SEP> Prdukt <SEP> is <SEP> Reakter
<tb> 5, <SEP> 02%C
<tb> 36 <SEP> Hänatit <SEP> 841-149 <SEP> 0** <SEP> 2,5 <SEP> 1,0 <SEP> 0,5 <SEP> 632 <SEP> 72,0 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> 13,2 <SEP> 2,9 <SEP> 5,02 <SEP> gutes, <SEP> reines
<tb> Fe3C
<tb> 37B <SEP> Hämatit <SEP> 841-149 <SEP> 0** <SEP> 2,5 <SEP> 1,0 <SEP> 0,5 <SEP> 548 <SEP> 72, <SEP> 1-6, <SEP> 5 <SEP> 7,8 <SEP> 3, <SEP> 4 <SEP> 8, <SEP> 96 <SEP> gutes <SEP> Fe, <SEP> C, <SEP> gesättigt <SEP> mit <SEP> über- <SEP> 
<tb> schüssigem <SEP> Kohlenstoff
<tb> 38B <SEP> Hämatit <SEP> 841-149 <SEP> 0** <SEP> 2,5 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 582 <SEP> 72, <SEP> 6-6, <SEP> 4 <SEP> 10,

   <SEP> 6 <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP> 4,94 <SEP> gutes <SEP> Fe, <SEP> C
<tb> 39B <SEP> Hämatit <SEP> 841-149 <SEP> 0** <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> 1,0 <SEP> 0,5 <SEP> 598 <SEP> 69, <SEP> 3-7, <SEP> 9 <SEP> 12, <SEP> 2 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> 4,67 <SEP> gutes <SEP> Fe, <SEP> C <SEP> 
<tb> 40 <SEP> Hämatit <SEP> 841-149 <SEP> 2,7 <SEP> 2,5 <SEP> 1,0 <SEP> 0,5 <SEP> 599 <SEP> 62, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 6,7 <SEP> 16,1 <SEP> 6,7 <SEP> 4,77 <SEP> gutes <SEP> Fe3C
<tb> 41B <SEP> Magnetit <SEP> 841-149 <SEP> 0** <SEP> 2,5 <SEP> 1,0 <SEP> 0,5 <SEP> 594 <SEP> 67, <SEP> 5-6, <SEP> 0 <SEP> 11,6 <SEP> 3,9 <SEP> 4,69 <SEP> gutes <SEP> Fe, <SEP> C
<tb> 41C <SEP> Magnetit <SEP> 44 <SEP> 3,8 <SEP> 2,5 <SEP> 1,0 <SEP> 0,5 <SEP> 610 <SEP> 58,3 <SEP> - <SEP> 6,1 <SEP> 21,4 <SEP> 6,8 <SEP> 5,

  42 <SEP> gutes <SEP> Fe3C
<tb> 
 * Der Rest des Gases besteht aus Wasserdampf ** Das Erz wurde nicht während eines bestimmten Zeitraumes zugesetzt, sondern es wurde eine Erzmenge im Bett in   eine. Chargenverfahren   und nicht in einem kontinuierlichen Verfahren behandelt. 

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   Der Kohlenstoffgehalt der Erzeugnisse schwankt in Abhängigkeit vom Eisenoxyd-Prozentsatz im verwendeten Material. Ärmere Erze mit niedrigeren Eisengehalten führen automatisch zu Erzeugnissen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. 



   Das Wasserstoffvolumen in der reduzierenden und aufkohlenden Wasserstoff-Kohlenmonoxyd- - Mischung soll das Volumen des Kohlenmonoxyds übersteigen, wobei der Wasserstoffanteil mehr als 60   Vol.-%   des vorhandenen Kohlenmonoxyds ausmacht. 



   Die in der Tabelle gezeigten Ergebnisse lassen erkennen, dass reines Eisencarbid hergestellt wird, welches sich für die Verwendung im basischen Ofen oder im Elektroofen besonders gut eignet. 



  Die Röntgenstrahlbeugungsanalyse zeigte, dass der Kohlenstoff als Eisencarbid vorlag und dass kein freier Kohlenstoff und kein metallisches Eisen vorhanden war. Das Erzeugnis war nicht selbst entzündlich. Simulierte Verwitterungsuntersuchungen zeigten, dass das Erzeugnis in wasserdampfhaltigen oxydierenden Atmosphären bis zu einer Temperatur von   250  C   stabil ist. 



   Die Ergebnisse zeigen gleichfalls, dass die Aufkohlung bei der Direktherstellung von Eisen- carbid aus Eisenoxyden besonders erfolgreich abläuft, wenn bei Temperaturen von 545 bis 6350C gearbeitet wird und dabei Wasserstoff-Wasserdampfverhältnisse von 2, 5 : 1 bis 8 : 1 und CO/CO2-Ver- hältnisse von 1 : 1 bis 4 : 1 verwendet werden. Bei diesen Verfahrensbedingungen liegen 1 bis
70   Vol.-%   Methan in Gassystemen vor, welche die obigen Anteile an Wasserstoff, Wasserdampf,   CO   und COs enthalten. Eisencarbid konnte ausserhalb der genannten Bereiche nicht erzeugt werden. 



   Wegen der Natur des basischen Sauerstoffofenverfahrens sind spezielle Bedingungen erforderlich, um Eisencarbid in Stahl umzuwandeln, wenn ein Vergleich mit andern Stahlherstellungsverfahren in derartigen Öfen angestellt wird. 



   Sind der Aufkohlungsvorgang und die Stahlerzeugung so eng miteinander verbunden, dass das Eisencarbid mit einer erhöhten Temperatur von 590 bis 6500C aus dem Wirbelbett austritt und wird das Eisencarbid bei dieser Temperatur direkt in dem basischen Sauerstoffofen eingesetzt, so zeigen Wärmeberechnungen oder Wärmebilanzen, dass keine Zusatzwärme benötigt wird, und dass das Verfahren kontinuierlich und auto-thermal,   d. h.   ohne äussere Wärmezufuhr, abläuft. 



   Die Abgase können direkt in das Wirbelbett eingeleitet werden, falls die Aufkohlung und die Stahlherstellung zeitlich dicht aufeinander folgen. Der im Wirbelbett zur Umwandlung der Oxyde in Eisencarbide verwendete Kohlenstoff wird dann im wesentlichen vollständig als CO im Ofen wieder gefunden und erneut dem Wirbelbett zugeleitet, wo er bei der Erzeugung der Eisencarbide erneut Verwendung findet. 



   Wird das Carbid zu Transport- oder Lagerungszwecken vor der Stahlerzeugung gekühlt, so muss dem Material durch Wiedererhitzen Wärme zugeführt oder zusätzlicher Brennstoff bei der Stahlherstellung zugesetzt werden. 



   Wärmebilanzen zeigen, dass Eisencarbide bei Raumtemperatur (Umgebungstemperatur) einen zu geringen Heizwert besitzen, um die Reaktion im basischen Sauerstoffofen auto-thermisch ablaufen zu lassen. 



   Die Zusatzwärme, die benötigt wird, um die Reaktion ablaufen zu lassen, kann auf verschiedene Weise zugeführt werden. Das Abgas aus dem basischen Sauerstoffofen enthält etwa 90% Kohlenmonoxyd neben beachtlichen Wärmeanteilen. Diese Wärme kann mit Hilfe von Wärmetauschern oder auf andere Weise nutzbar gemacht werden, um das eintretende Eisencarbid vorzuwärmen. Wird ein Teil des Abgases verbrannt, so können ausreichende Wärmeanteile zur Steigerung der Wärme des Abgases erzielt werden, so dass die erforderliche Vorwärmung des eintretenden Eisencarbids vorgenommen und das Verfahren auto-thermisch gemacht werden kann. Unter bestimmten Bedingungen kann die Wärme des Abgases allein ausreichend sein. Die benötigte Wärme für die Vorwärmung kann gänzlich durch Verbrennen von Abgasen erzielt werden.

   Die bevorzugte Vorwärmtemperatur liegt im Bereich von 700 bis   1095 C.   



   An Eisencarbid vorgenommene Untersuchungen in einem gasförmigen Medium, welches die Verbrennungsprodukte der teilweisen Verbrennung des Abgases simulierte, zeigten, dass Eisencarbid nicht nur bei diesen Bedingungen stabil ist, sondern auch seinen Kohlenstoffgehalt wegen der Bil- 
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   Zusatzwärme zum auto-thermischen Ausgestalten des Verfahrens kann gänzlich oder teilweise durch direktes Erwärmen der Fe 3 C-Charge mit Hilfe einer äusseren Wärmequelle erzielt werden. 



   Zum Eisencarbid kann hinreichend Kohlenstoff zugeführt werden, um die benötigte Zusatzwärme durch Verbrennung zu erzielen. Der Anteil an zugesetztem Kohlenstoff kann von 3 bis 5%-Masse der Eisencarbidcharge schwanken. Der Kohlenstoff kann direkt durch Vorwärmen des Eisencarbids in kohlenstoffhaltigen Gasen, welche ein   CO/CO :-Verhältnis   von mehr als 1 : 1 besitzen, zugefügt werden. 



   Wärme kann auch durch Umsetzung des Abgases des basischen Sauerstoffofens mit eintretendem
Eisenoxyd erzeugt werden. Der notwendige Kohlenstoffgehalt des Eisencarbids zum Abgeben der benötigten Wärme bei der Verbrennung kann während der Aufstiokung durch Einstellen des Anteils des kohlenstoffhaltigen Materials eingestellt werden, welches in der Reaktionsgasmischung im Wir- belbett vorliegt, um im Erzeugnis einen ausreichenden Anteil an   Fe :   C herbeizuführen. Wie der
Zeichnung zu entnehmen ist, kann warmer Metallschrott dem basischen Sauerstoffofeneinsatz zuge- fügt werden. 



   Die Überführung in Stahl kann unter Zusatz von Roheisen bewirkt werden. Dies gestattet den Zusatz von Eisencarbid zur Kühlung der Reaktion, wobei beispielsweise der dreifache Anteil an Carbid in bezug auf Eisenschrott verwendet wird. Eisencarbid kann für diesen Zweck in einem
Anteil von bis zu 60%-Masse der Eisencarbid-Roheisen-Charge zugefügt werden. Ein damit verbunde- ner Vorteil besteht darin, dass vorhandene Roheisenöfen in Verbindung mit dem erfindungsgemässen
Verfahren in Betrieb gehalten werden können. 



   Alle vorstehend genannten Arbeitsweisen können einzeln oder in Kombination verwendet wer- den, um die von der Eisencarbidcharge benötigte Wärme zu liefern, damit ein auto-thermischer Ab- lauf des basischen Sauerstoffverfahrens ermöglicht ist. Wird die Stahlerzeugung in einem Elektro- ofen vorgenommen, so kann die gesamte benötigte Zusatzwärme aus der zum Betrieb des Ofens ver- wendeten elektrischen Energie bezogen werden. 



   Das vorstehend beschriebene Verfahren nach der Erfindung benötigt keinen kostspieligen
Schachtofen zur Umwandlung des Eisenerzes in Stahl. Werden Aufkohlung und Überführung in Stahl aufeinanderfolgend und ohne Unterbrechung ausgeführt, so ist es nicht erforderlich, Wärme für die Oxydation zu Eisen zuzuführen, und Kohlenmonoxyd aus der Oxydation kann als Quelle des notwendigen Kohlenstoffs zur Carbonisierung des aus dem Oxyd gebildeten Eisens verwendet werden, so dass der Kohlenstoff kontinuierlich wieder verwendet werden kann. Der Aufkohlungsvorgang erzeugt als Nebenprodukt Wasser, was das Gewinnen eines kohlenstoffhaltigen Gases als Nebenprodukt erleichtert.

   Dies kann bei ausreichend hohen Verhältnissen von   Fe   C zu   Fe3   C ausgeführt werden, um einen ausreichend hohen Kohlenstoffgehalt in der Charge vorzusehen, damit das basische Sauer-   stoffverfahren   ohne äussere Wärmezufuhr (auto-thermal) abläuft. 



   Bei der Überführung des Carbids in Stahl wird Wärme erzeugt, die zur auto-thermischen Durchführung des Verfahrens benutzt werden kann, ohne dass zusätzliche Materialien benötigt werden. Das heisst, es kann die Abgaswärme verwendet oder das Kohlenmonoxyd des Abgases aus dem Ofen verbrannt werden, um die notwendige Wärme zu liefern. Anderseits kann das Kohlenmonoxyd des Abgases mit Eisencarbid aus der Aufkohlungsstufe umgesetzt werden, um so das Verhältnis von   Fe :)   C zu   Fe3 C   in der Charge zu erhöhen. Es ist dann ausreichend Kohlenstoff vorhanden, um durch Verbrennung diejenige Wärme zu liefern, die zur auto-thermischen Abwicklung des Verfahrens erforderlich ist. Wird der Charge Roheisen zugesetzt, so können für Kühlungszwecke grosse Anteile an Eisencarbid zugesetzt werden.

   Das Verfahren kann insgesamt so durchgeführt werden, dass es praktisch keine Umweltbelastung darstellt, wobei es sich weiterhin dadurch auszeichnet, dass es die Reaktionsmittel maximal erhält und wiederverwendet. Ausserdem können mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens Transportkosten gesenkt werden, sofern das Carbid in der Nähe einer Grube vor dem Transport zu einem Stahlwerksofen hergestellt wird, da das in der ersten Verfahrensstufe hergestellte Eisencarbid einen höheren Prozentsatz an verwertbarem Material enthält als das Ausgangsoxyd.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung von Stahl aus Eisenoxyd, wobei in einem ersten Schritt das Eisenoxyd in Teilchenform in einem Wirbelbett durch eine Mischung von Wasserstoff und ein kohlenstoffhaltiges Material enthaltenden Gasen aufgekohlt wird, wobei in einem Zwischenschritt elementares Eisen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der im Wirbelbett vorhandene Wasserstoff in einem Anteil von mehr als 60 Vol.-% des im Wirbelbett vorhandenen Kohlenmonoxyds eingeetzt wird, wobei die Temperatur im Bereich von 480 bis 705 C gehalten wird, um Eisencarbid zu bilden, ohne dass klebriges elementares Eisen produziert wird, worauf das Eisencarbid in einem ausserhalb des Wirbelbettes befindlichen Ofen in Stahl übergeführt wird. EMI7.1 Gleichgewicht mit Methan stehen.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Oxydation des Kohlenstoffs im Eisencarbid zu Kohlenmonoxyd gebildete Wärme zum Betrieb eines basischen Sauerstoffofens verwendet wird, in welchem das Eisencarbid in Stahl übergeführt wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas vom basischen Sauerstoffofen zum Fluidisieren und Aufkohlen des Oxyds im ersten Schritt eingesetzt wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisencarbid aus dem ersten Schritt vor dem zweiten Schritt Wärme verliert und dem Carbid in einer Vorerhitzungsstufe ausreichend Wärme zugeführt wird, damit die Reaktionen im basischen Sauerstoffofen auto-ther- misch ablaufen.

   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme des Vorerhitzens durch Umsetzen zumindest eines Teiles des Abgases aus dem basischen Sauerstoffofen mit Eisencarbid aus dem ersten Schritt unter Bildung von Fie. C vorgesehen wird.

   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Eisencarbid im basischen Sauerstoffofen Roheisen zugesetzt wird, und dass die Temperatur des Carbids im Ofen durch den Zusatz von Eisencarbid gesteuert wird.