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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder Stahlvorprodukten aus stückigen, eisenerzhältigen Einsatzstoffen, wobei die Einsatzstoffe in einer Direktreduktionszone zu Eisenschwamm reduziert werden, der Eisenschwamm in einer Einschmelzvergasungszone unter Zufuhr von Kohlenstoff trägern und sauerstoffhältigem Gas erschmolzen und ein CO- und H2-hältiges Reduktionsgas erzeugt wird, welches in die Direktreduktionszone eingeleitet und dort umgesetzt wird, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Ein Verfahren dieser Art ist beispielsweise aus der EP-Bl - 0 010 627 bekannt, bei dem in der Einschmelzvergasungszone aus stückigen Kohlenstoffträgern durch Einblasen von sauerstoffhaltigem Gas ein Fliessbett gebildet wird, in welchem die in der Direktreduktionszone gebildeten und der Einschmelzvergasungszone von oben zugeführten Eisenschwammpartikel abgebremst und geschmolzen werden. In der Direktreduktionszone fällt eine grosse Menge an Topgas an, welches einen erheblichen Gehalt an Kohlenmonoxid und Wasserstoff aufweist. Kann dieses Topgas wirtschaftlich genutzt werden, liegen die Erzeugungskosten für Roheisen bzw.
Stahlvorprodukte sehr niedrig.
Setzt man bei einem Verfahren dieser Art sideritische, d. h. carbonatische Erze bzw. hydratische Erze ein, ergibt sich ein hoher Kohleverbrauch, da zur Austreibung des C02 bzw. des H20 eine grosse fühlbare Wärmemenge erforderlich ist. Der Reduktionsgasverbrauch steigt auf etwa das Doppelte der Menge, die bei der Verhüttung anderer Erze erforderlich ist, an, so dass die Zufuhr von Kohlenstoffträgern in die Einschmelzvergasungszone stark erhöht werden muss.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, in einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art siderithaltige oder hydratische Eisenerz-Einsatzstoffe, wie Brauneisenstein und Minett, die einen verhältnismässig niedrigen Eisengehalt aufweisen, besonders wirtschaftlich nutzbar zu machen, wobei jedoch die stückige Struktur und Festigkeitseigenschaften der Einsatzstoffe erhalten bleiben, damit sie beim Passieren der Direktreduktionszone transportfähig bleiben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, a) dass siderithältige und/oder hydratische Einsatzstoffe vor dem Reduzieren in der Direktreduktionszone in einer Aufheizzone vorgewärmt und kalziniert werden, wofür b) das in der Direktreduktionszone anfallende Topgas durch die Aufheizzone geleitet wird und c) zumindest ein Teil des aus der Aufheizzone austretenden Exportgases und/oder des Reduktionsgases unter
Zufuhr eines Ölhaltigen Gases in einer eigenen Brennzone nachverbrannt wird, so dass im in der Brennzone gebildeten Heissgas ein Gehalt von CO und H2 von in Summe mindestens 10 Vol.-% vorhanden ist, und d) das Heissgas in die Aufheizzone eingeleitet wird.
Es konnte festgestellt werden, dass erfindungsgemäss bei reduzierender Atmosphäre (CO, H2) ebenfalls die Kohlensäure bei einem entsprechendem Angebot an fühlbarer Wärme ausgetrieben werden kann, wobei die Festigkeitseigenschaften deutlich besser als bei Kalzinierung nach dem bisherigen Weg, z. B. nach dem sogenannten "Apold-Fleissner"-Verfahren (vg1. Stahl und Eisen, Nr. 49, Seiten 2062 bis 2067), bei dem unter oxidierenden Bedingungen in einer exothermen Reaktion die Kohlensäure entfernt wird, sind. Bei diesem
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und Abriebeigenschaften des Erzes auf.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass für die Kalzinierung der Einsatzstoffe eine bestimmte Temperaturführung und eine bestimmte Zusammensetzung des Reduktionsgases notwendig sind, um
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erfolgt, dass sich höchstens sehr geringfügige Umwandlungen in FeOg ergeben. Das erfindungsgemäss behandelte Eisenerz weist nach der Vorwärmung einen Kalzinierungsgrad von 60 % bis 90 %, je nach dem Verhältnis Siderit zu Ankerit, auf.
Um den Materialfluss von der Aufheizzone in die Direktreduktionszone in einfacher Weise bewerkstelligen zu können, werden vorzugsweise die Einsatzstoffe in der Aufheizzone auf eine Temperatur unterhalb ihres Erweichungspunktes vorgewärmt.
Besonders wirtschaftlich ist das Verfahren durchführbar, wenn die Einsatzstoffe auf eine Temperatur zwischen 700 und 1000 C vorgewärmt werden, wobei vorteilhaft das Heissgas bei einer Vorwärmung auf 1000 C einen Gehalt von CO und H2 von in Summe mindestens 10 Vol.-%, bei einer Vorwärmtemperatur von 700 C einen Gehalt von CO und H2 von in Summe mindestens 20 Vol.-% aufweist und für dazwischenliegende Vorwärmtemperaturen zwischen diesen beiden Gehalten liegende Mindest-Gehalte aufweist.
Will man das anfallende Exportgas zur Gänze einem Verbraucher zuführen, wird vorteilhaft ein Teil des Reduktionsgases der Brennzone und anschliessend der Vorwärmzone als Heissgas zugeführt.
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Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens - mit einem Direktreduktions-Schachtofen für stückiges Eisenerz, der eine Zuleitung für ein Reduktionsgas sowie eine Leitung für das in ihm gebildete Reduktionsprodukt aufweist, und - mit einem Einschmelzvergaser, in den eine das Reduktionsprodukt aus dem Schachtofen zuführende Leitung mündet und der Zuleitungen für sauerstoffhältige Gase und Kohlenstoffträger sowie eine in den Schachtofen mündende Zuleitung für gebildetes Reduktionsgas sowie Abstiche für Roheisen und Schlacke aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, - dass dem Schachtofen ein mit dem Schachtofen integral zusammenhängender Vorwärmschacht vorgeordnet ist, in den eine Zuleitung für die Einsatzstoffe und eine Heissgas-Zuleitung münden, - dass eine vom Vorwärmschacht getrennte Brennkammer vorgesehen ist,
in die eine ein sauerstoffhältiges Gas zuführende Leitung sowie eine Exportgas aus dem Vorwärmschacht zuführende Leitung und/oder eine
Reduktionsgas aus dem Einschmelzvergaser zuführende Leitung münden und von der die Heissgas-Zuleitung ausgeht, und - dass vom Vorwärmschacht eine Exportgas-Ableitung ausgeht.
Zwecks Rückführung eines Teiles des Exportgases in die Brennkammer ist die vom Vorwärmschacht ausgehende Ableitung über eine regelbare Zweigleitung mit der Brennkammer verbunden.
Gemäss einer bevorzugten Variante weisen der Vorwärmschacht und der Schachtofen etwa den gleichen Durchmesser auf und gehen stufenlos ineinander über.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand zweier Varianten näher erläutert, wobei die Fig. 1 und 2 jeweils eine vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anlage in schematischer Darstellung zeigen.
Mit (1) ist eine als Schachtofen ausgebildete Direktreduktionseinrichtung bezeichnet, in deren Direktreduktionszone (2) von oben stückige eisenoxidhältige Einsatzstoffe (4), gegebenenfalls zusammen mit über eine Zuleitung (5) eingebrachten ungebrannten Zuschlägen, chargiert werden. Der Schachtofen (1) steht mit einem Einschmelzvergaser (6) in Verbindung, in dem aus Kohlenstoffträgern und sauerstoffhältigem Gas ein Reduktionsgas erzeugt wird, welches aber eine Zuleitung (7) dem Schachtofen (1) zugeführt wird, wobei in der Zuleitung (7) eine Gasreinigungs- und eine Gaskühlungseinrichtung (8) vorgesehen sind.
Der Einschmelzvergaser (6) weist eine Zuführung (9) für feste, stückige Kohlenstoffträger, gegebenenfalls mehrere Zuleitungen (10,11) für sauerstoffhältige Gase und Zuleitungen (12,13) für bei Raumtemperatur flüssige oder gasförmige Kohlenstoffträger, wie Kohlenwasserstoffe, sowie für gebrannte Zuschläge auf. In dem Einschmelzvergaser (6) sammelt sich unterhalb der Einschmelzvergasungszone (15) schmelzflüssiges Roheisen (16) und schmelzflüssige Schlacke (17), die über je einen eigenen Abstich (18,19) getrennt abgestochen werden.
Das im Schachtofen (1) in der Direktreduktionszone (2) zu Eisenschwamm reduzierte stückige Erz wird zusammen mit den in der Direktreduktionszone (2) gebrannten Zuschlägen über den Schachtofen (1) mit dem Einschmelzvergaser (6) verbindende Leitungen (20) zugeführt, beispielsweise mittels nicht näher dargestellter Austragschnecken.
Das in der Direktreduktionszone (2) gebildete Topgas gelangt zur Gänze in einen oberhalb des Schachtofens (1) angeordneten und mit dem Schachtofen (1) integral zusammenhängenden Vorwärmschacht (27), dessen Innenraum stufenlos und ohne Einschnürung in den Innenraum des Schachtofens (1) übergeht ; d. h. der Schachtofen (1) und der Vorwärmschacht (27) weisen etwa den gleichen Innendurchmesser auf. In den Vorwärmschacht (27) werden von oben über Schleusen (30) die Roheinsatzstoffe zugeführt.
Nach Durchtritt des Topgases durch den Vorwärmschacht (27) wird es als Exportgas über eine Ableitung (31) abgezogen. Ein Teil des Exportgases wird nach Kühlung in einem Kühler (34) und nach Durchtritt durch einen nicht dargestellten Trockenabscheider zur Entstaubung nach Verdichten mit Hilfe eines Gebläses (35) einer vom Vorwärmschacht (27) getrennten Brennkammer (23) über eine Zweigleitung (36) zur Teilverbrennung zugeführt.
In diese Brennkammer (23) wird weiters über eine Leitung (24) sauerstoffhältiges Gas zugeführt, das gegebenenfalls mittels eines in der Ableitung (31) vorgesehenen Wärmetauschers erhitzt wird.
Das in der Brennzone (25) der Brennkammer (23) bei unterstöchiometrischer Verbrennung gebildete Heissgas wird über eine Heissgas-Zuleitung (26), die von einem Gasverteilring (26') ausgehende Düsen aufweist, in den Vorwärmschacht (27) eingeleitet, u. zw. an dessen unterem Ende (28). Anstelle dieser vom Gasverteilring (26') ausgehenden Düsen oder, bei grossen Schachtdurchmessem zusätzlich, können an der Kuppel des Vorwärmschachtes (27) befestigte Rohre eingehängt werden, über die Gas aus der Brennkammer (23) in den Vorwärmschacht (27) eingeleitet wird.
In dem nachfolgenden Beispiel ist das erfindungsgemässe Verfahren anhand der in Fig. 1 dargestellten Anlage näher erläutert :
In den Schachtofen (1) werden pro Tonne hergestellten Roheisens 2400 kg teilchenförmiges Eisenerz, das aus 29 % Fe, 32 % Crest Gangart besteht, über die Schleusen (30) und den Vorwärmschacht (27) eingebracht.
Zur Reduktion dieser Erzmenge werden 900 kg Kohle und 560 m3 (Normalbedingungen) 02 in den Einschmelzvergaser (6) eingebracht. Es entstehen aus dem Eisenerz im Schachtofen 1500 kg Eisenschwammpartikel mit einem Metallisierungsgrad von ca. 90 %, welche in den Einschmelzvergaser (6)
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<tb> m3CO <SEP> 69%
<tb> CO2 <SEP> 2%
<tb> H2 <SEP> 25%
<tb> CH4 <SEP> 1, <SEP> 0%
<tb> N2 <SEP> 0, <SEP> 8%
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<tb> :CO <SEP> 36%
<tb> CO2 <SEP> 29%
<tb> H2 <SEP> 14%
<tb> H20 <SEP> 11% <SEP>
<tb> CH4 <SEP> 0, <SEP> 7% <SEP>
<tb> N2 <SEP> 9%
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