AT407054B - Verfahren zum herstellen von flüssigem roheisen - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betnfft ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen, wobei von Eisenerz, vorzugsweise in Stück- und/oder   Pelletform,   und gegebenenfalls Zuschlagstoffen, vorzugsweise Kalk und/oder Dolomit, gebildete Einsatzstoffe in einer Reduktionszone zu Eisenschwamm reduziert werden und der Eisenschwamm in einer Einschmelzvergasungszone unter Zufuhr fester Kohlenstoffträger und sauerstoffhältiger Gase zu flüssigem Roheisen erschmolzen wird, wobei ein Reduktionsgas, welches zumindest teilweise in die Reduktionszone eingeleitet, dort umgesetzt und als Topgas abgezogen wird, und Schlacke gebildet werden 
Ein solches Verfahren ist aus der DE 35 03 493 C1 bekannt Bei diesem Verfahren wird einem Direktreduktionsschachtofen gemeinsam mit Eisenerz ein Kohlenstoffträger zugeführt,

   durch welchen die durch die Reduktion des Eisenerzes oxidierten Bestandteile des Reduktionsgases zumindest teilweise wieder reduziert werden Durch diese Massnahme soll einerseits das Zusammenbacken von Eisenerz- bzw Eisenschwammteilchen verhindert werden, hauptsächlich soll aber die Wärmebilanz des Einschmelzvergasers verbessert werden, so dass sie sich auf den Direktreduktionsschachtofen in der Weise auswirkt, dass die Menge an CO und H2-hältigem Gas und damit die Reduktionsgasmenge verringert wird 
Die Verringerung der Reduktionsgasmenge in einem Direktreduktionsschachtofen ist aber nicht mehr zeitgemäss Ein wesentlicher Teil der Wirtschaftlichkeit eines Systems aus Einschmelz- vergaser und Direktreduktionsschachtofen resultiert aus der Tatsache, dass das aus dem Direktreduktionsschachtofen abgezogene Topgas, gegebenenfalls nach einer Gaswäsche,

   wieder als Reduktionsgas und/oder kalorisch verwertbares Gas verwendet werden kann Eine Verringerung der Reduktionsgasmenge verringert also auch die Wirtschaftlichkeit eines solchen Verfahrens 
Bei der Reduktion mancher Eisenerze tritt das Problem auf, dass das Lückenvolumen je Tonne Erz des Möllers in der Schüttung der Einsatzstoffe nicht ausreicht, um die für die Erzreduktion erforderliche Reduktionsgasmenge durch den Reduktionsschacht zu leiten Dies kann verschiedene Ursachen haben. eine hohe Schüttdichte, bzw. geringe mittlere Komgrösse des Erzes, eine breite Komgrössenverteilung, bzw ein grosser Feinanteil, oder ein starker Kornzerfall der Erzteilchen oder -pellets wahrend der Reduktion oder aufgrund mechanischer Belastung.

   Unter Lückenvolumen ist dabei das Volumen der Leerräume einer Schüttung zu verstehen Ein zu geringes Lückenvolumen resultiert in einer nicht ausreichenden bzw schwankenden Metallisierung des Eisenschwamms, da neben der zu geringen Reduktionsgasmenge auch die Gasverteilung innerhalb des Reduktionsschachtes ungleichmässig ist Es können sich nämlich innerhalb der Schüttung Kanäle ausbilden, in denen das Reduktionsgas bevorzugt strömt, während andere Bereiche nicht mehr bzw nicht mehr ausreichend durchgast werden 
Zusätzlich kommt es durch die ungleichmässige Gasverteilung auch zu einer ungleichmässigen Temperaturverteilung in der Schüttung, wodurch die Kalzinierung der in den Einsatzstoffen enthaltenen Zuschlagstoffe, wie Kalk und/oder Dolomit, negativ beeinflusst wird Da die im Direktreduktionsschachtofen nicht erzielte Metallisierung bzw.

   Kalzinierung schliesslich im Einschmelzvergaser vervollständigt werden muss, führt dies auch zu einer Minderung der Schmelzleistung des Einschmelzvergasers und zu einem insgesamt instabilen Anlagenbetrieb 
Aus der EP 0 623 684 A2 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem Abfall- und Reststoffe mit Kohlestaub und Eisen in metallischer und oxidischer Form nach ihrer Zusammensetzung in drei Gruppen getrennt gesammelt und agglomeriert werden, wobei die erste Gruppe hauptsächlich Eisen in oxidischer Form, die zweite Gruppe hauptsächlich Eisen in metallischer Form und die dntte Gruppe hauptsächlich kohlenstoffhaltige Stoffe enthält Die Verwertung erfolgt,

   indem die Stoffe der ersten Gruppe in die Reduktionszone und die der zweiten und dntten Gruppe in die Einschmelzvergasungszone eingesetzt werden 
Der Einsatz von insbesondere eisenoxidhältigen Agglomeraten in der Reduktionszone stellt allerdings kein geeignetes Mittel dar, um den Lückengrad in der Schüttung zu erhöhen, da diese Agglomerate zu Kornzerfall neigen und eine zu geringe mechanische Stabilität aufweisen 
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, bei welchem eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Reduktionsgasmenge durch den Reduktionsschacht geleitet werden kann und infolge einer vergleichmässigten Gasverteilung sowohl ein erhöhter als auch ein vergleichmässigter Metallisierungs- und Kalziniergrad des Eisenschwamms bzw. der Zuschlagstoffe erzielt wird. 

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   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zusammen mit den Einsatzstoffen der Reduktionszone weitere, unter den Reaktionsbedingungen der Reduktionszone im wesentlichen inerte, stückige Zuschlagstoffe zugeführt werden 
Unter "inert" ist in diesem Zusammenhang eine im wesentlichen chemische Inertheit zu verstehen, die weiteren Zuschlagstoffe reagieren also mit dem Reduktionsgas und den Einsatzstoffen nicht bzw. nur in einem vernachlässigbaren Ausmass Weiters ist unter "inert" eine im wesentlichen vollständige Resistenz gegenüber thermischen und mechanischen Belastungen zu verstehen.

   Das Austreiben von geringen Mengen an Gasen wie COz und/oder H20 ist aber möglich Die weiteren Zuschlagstoffe neigen also weder aufgrund der bei dem Einbringen in die Reduktionszone auftretenden schockartigen Erwärmung, noch aufgrund der im weiteren Reaktionsverlauf darüber lastenden restlichen Schüttung zu Komzerfall oder erhöhtem Abrieb. 



   Die weiteren Zuschlagstoffe durchwandern die Reduktionszone im wesentlichen unverändert Durch die Zugabe inerter stückiger Zuschlagstoffe wird das Luckenvolumen je Tonne Erz der Schüttung erhöht 
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist es dadurch möglich, eine erhöhte Reduktionsgasmenge aus der Einschmelzvergasungszone durch die Reduktionszone zu leiten Die Reduktionsgasmenge liegt dabei um 5 bis 50 %, vorzugsweise um 20 bis 40 % über der zur Reduktion des Eisenerzes benötigten Menge Aufgrund des erhöhten Luckenvolumens ist auch die Ausbildung von Kanälen und Verbackungen innerhalb der Schüttung verringert und daher auch die Gasverteilung vergleichmässigt, woraus wiederum eine insgesamt erhöhte und vergleichmässigte Metallisierung und Kalzinierung der Einsatzstoffe resultiert. 



   Vorteilhafterweise werden als weitere Zuschlagstoffe ein unter den Reaktionsbedingungen im wesentlichen inerter Koks und/oder Träger von Schlackebestandteilen mit den Hauptkomponenten CaO und/oder MgO und/oder Si02 und/oder A12O3 verwendet. 



   Wahrend im vorgehend beschriebenen Stand der Technik ausdrücklich verlangt wird, dass der dem Direktreduktionsschachtofen aufgegebene Koks zumindest teilweise mit dem Reduktionsgas reagiert, ist dies hier nicht erwünscht, da sich die mittlere Korngrösse der weiteren Zuschlagstoffe während des Durchlaufens durch die Reduktionszone nicht verändern soll. Ein solcher Koks, wie er erfindungsgemäss verwendet wird, ist beispielsweise durch eine dunne Ascheschicht inertisiert Bei den erfindungsgemäss ebenfalls verwendeten Trägem von Schlackebestandteilen stellt sich das Problem der Reaktion mit den Einsatzstoffen oder dem Reduktionsgas nicht. 



   Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden als weitere Zuschlagstoffe Quarz und/oder Schlacke aus einem Stahlkonverter und/oder einem Hochofen und/oder einem Elektroofen 
 EMI2.1 
 
Neben der hervorragenden Eignung dieser Stoffe für das erfindungsgemässe Verfahren gelingt durch die Verwendung von Schlacke die Verwertung wenigstens eines Teiles von in der Hüttenindustrie anfallenden Schlacken. Bisher mussten diese Schlacken entweder deponiert werden oder konnten allenfalls in der Baustoffindustrie weiterverwendet werden. 



   Besonders bevorzugt ist demgemäss die Verwendung von Schlacke aus einem Stahlkonverter, insbesondere einem nach dem LD-Verfahren betriebenen Stahlkonverter Diese Schlacken weisen einen besonders niedrigen Phosphor-Gehalt auf und verursachen daher keinen zusätzlichen Phosphor-Eintrag in die der Reduktionszone nachfolgende Einschmelzvergasungszone 
Vorteilhafterweise beträgt die mittlere Korngrösse der weiteren Zuschlagstoffe 6 bis 40 mm, vorzugsweise 10 bis 25 mm.

   Dieser Korngrössenbereich entspricht im wesentlichen dem der restlichen Einsatzstoffe und ermöglicht daher eine erhöhte und vergleichmässigte Durchgasbarkeit der Schüttung 
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens beträgt das Volumen der weiteren Zuschlagstoffe, bezogen auf das Gesamtvolumen aller der Reduktions- zone zugeführten Stoffe, 5 bis 30 %, vorzugsweise 5 bis 20 %. In diesem Bereich besteht ein Optimum aus Durchgasbarkeit der Schüttung der Reduktionszone, dem Metallisierungs- bzw. 



  Kalziniergrad der Einsatzstoffe, der erzielbaren Reduktionsleistung der Reduktionszone, sowie der Schmelzleistung der Einschmelzvergasungszone. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert: 

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 Einsatzstoffe in Schacht ohne Inertmaterial 
150 t/h Erz   15 t/h Kalkstein    
10 t/h Dolomit 
157 000 m3/h Reduktionsgas 
 EMI3.1 
 
<tb> LucKengraa- <SEP> ca <SEP> 45 <SEP> %
<tb> 
<tb> Metallisierungsgrad <SEP> des <SEP> Fe-Schwamms- <SEP> ca <SEP> 80 <SEP> %
<tb> 
<tb> Calciniergrad <SEP> der <SEP> Zuschlagstoffe <SEP> ca <SEP> 80 <SEP> %
<tb> 
<tb> abgeleitete <SEP> Prozesskennzahlen.
<tb> 
<tb> 



  Reduktionsgas <SEP> / <SEP> m3 <SEP> Möller <SEP> ca <SEP> 2050 <SEP> m3
<tb> 
<tb> Reduktionsgas <SEP> / <SEP> t <SEP> Erz <SEP> bzw <SEP> Pellets- <SEP> ca <SEP> 1050 <SEP> m <SEP> 3
<tb> 
 Einsatzstoffe in Schacht mit Inertmaterial 
140 t/h Erz 
5,5 t/h Dolomit 
28,5 t/h LD-Schlacke 
166 000 m3/h Reduktionsgas 
 EMI3.2 
 
<tb> Lückengrad <SEP> ca <SEP> 45 <SEP> %
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Metallisierungsgrad <SEP> des <SEP> Fe-Schwamms <SEP> > <SEP> 90 <SEP> %
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<tb> Calciniergrad <SEP> der <SEP> Zuschlagstoffe <SEP> > <SEP> 85 <SEP> %
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<tb> abgeleitete <SEP> Prozesskennzahlen.-
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<tb> Reduktionsgas <SEP> / <SEP> m3 <SEP> Möller <SEP> : <SEP> ca <SEP> 2050 <SEP> m3
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<tb> Reduktionsgas <SEP> / <SEP> t <SEP> Erz <SEP> bzw <SEP> Pellets:

   <SEP> ca <SEP> 1180 <SEP> m3, <SEP> d <SEP> h. <SEP> ca. <SEP> 12 <SEP> % <SEP> mehr <SEP> Gas <SEP> spezifisch
<tb> 
 Gasvolumina sind jeweils auf den Normzustand, d h 273,15 K und 101325 Pa bezogen 
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung Fig. 1 dargestellten Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert, wobei die Zeichnung in schematischer Darstellung eine Anlage zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens veranschaulicht 
In einen als Schachtofen 1 ausgebildeten Reduktionsreaktor, d h in dessen Reduktionszone 2, werden von oben uber eine Zuleitung 3 stückige eisenoxidhältige Einsatzstoffe, wie Erz 4, gegebenenfalls mit ungebrannten Zuschlagstoffen 5, wie Kalk und/oder Dolomit, chargiert.

   Der Schachtofen 1 steht mit einem Einschmelzvergaser 6 in Verbindung, in dem aus Kohlenstoffträgem und sauerstoffhältigem Gas ein Reduktionsgas erzeugt wird, welches über eine Zuleitung 7 dem Schachtofen 1 zugeführt wird und diesen im Gegenstrom zu den Einsatzstoffen 4,5 durchströmt 
Des weiteren werden in den Reduktionsreaktor 1 weitere Zuschlagstoffe 8 mittels einer Chargiervorrichtung 9 eingebracht Die Chargiervorrichtung ist mit einer Wiegevorrichtung ausgestattet, durch welche das Mengen- bzw.

   das Volumenverhältnis der weiteren Zuschlagstoffe 8 zu den Einsatzstoffen 4,5 gesteuert wird 
Der Einschmelzvergaser 6 weist eine Zuleitung 10 fur feste stückige Kohlenstoffträger 11 und Zuleitungen 12 für sauerstoffhaltige Gase auf Im Einschmelzvergaser 6 sammeln sich unterhalb 
 EMI3.3 
 15, die über einen Abstich 16 abgestochen werden 
Die im Schachtofen 1 in der Reduktionszone 2 zu Eisenschwamm teil- oder fertigreduzierten Einsatzstoffe 4,5 werden dem Einschmelzvergaser 6 über eine oder mehrere Forderleitungen 17 zugeführt, beispielsweise mittels Förderschnecken An den oberen Teil des Schachtofens 1 schliesst eine Ableitung 18 fur das in der Reduktionszone 2 entstehende Topgas an. Die Topgasableitung 18 enthält ein Mittel 19, beispielsweise eine verstellbare Klappe, zur Steuerung des Volumenstromes des aus dem Schachtofen 1 abgezogenen Topgases.

   Mit dem in der Topgasableitung 18 vorgesehenen Mittel 19 wird auch das Volumen des Reduktionsgases gesteuert, das über die Reduktionsgaszuleitung 7 in den Schachtofen 1 eingeleitet wird 
Von der Reduktionsgaszuleitung 7 zweigt eine Ableitung 20 ab, durch welche Reduktionsgas, das nicht in den Reduktionsreaktor 1 geleitet wird, abgezogen wird Die Ableitung 20 kann eine Druckregeleinrichtung 21 enthalten. Die Druckregeleinrichtung 21 ist üblicherweise auf einen 

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 bestimmten Druck voreingestellt, sodass bei Uberschreiten dieses Druckes Reduktionsgas aus dem System entfernt wird 
Durch das Zusammenwirken von Druckregeleinrichtung 21 und dem Mittel 19 zur Steuerung des Volumenstroms wird das Volumen des dem Schachtofen 1 zugeleiteten Reduktionsgases gesteuert.

Claims (1)

1. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das in Fig 1 dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern umfasst auch alle dem Fachmann bekannten Mittel, die zur Ausführung der Erfindung herangezogen werden können PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen, wobei von Eisenerz, vorzugsweise in Stück- und/oder Pelletform, und gegebenenfalls Zuschlagstoffen, vorzugsweise Kalk und/oder Dolomit, gebildete Einsatzstoffe in einer Reduktionszone zu Eisenschwamm reduziert werden und der Eisenschwamm in einer Einschmelzvergasungszone unter Zufuhr fester Kohlenstoffträger und sauerstoffhältiger Gase zu flussigem Roheisen erschmolzen wird, wobei ein Reduktionsgas, welches zumindest teilweise in die Reduktionszone eingeleitet, dort umgesetzt und als Topgas abgezogen wird, und Schlacke gebildet werden, dadurch gekennzeichnet,

   dass zusammen mit den Einsatzstoffen der Reduktionszone weitere, unter den Reaktionsbedingungen der Reduktionszone im wesentlichen inerte, stückige Zuschlagstoffe zugeführt werden 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des in die Reduktionszone eingeleiteten Reduktionsgases um 5 bis 50 %, vorzugsweise um 20 bis 40 % uber der zur Reduktion des Eisenerzes benötigten Menge liegt 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Zuschlagstoffe ein unter den Reaktionsbedingungen im wesentlichen inerter Koks und/oder Träger von Schlackebestandteilen mit den Hauptkomponenten CaO und/oder MgO und/oder Si02 und/oder A12O3 verwendet werden 4.

   Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Zuschlagstoffe Quarz und/oder Schlacke aus einem Stahlkonverter und/oder einem Hochofen und/oder einem Elektroofen und/oder der Einschmelzvergasungszone verwendet werden.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Zuschlagstoff Schlacke aus einem Stahlkonverter, insbesondere einem nach dem LD-Verfahren betriebenen Stahlkonverter, verwendet wird 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Korngrösse der weiteren Zuschlagstoffe 6 bis 40 mm, vorzugsweise 10 bis 25 mm beträgt 7. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der weiteren Zuschlagstoffe, bezogen auf das Gesamtvolumen aller der Reduktionszone zugefuhrten Stoffe, 5 bis 30 %, vorzugsweise 5 bis 20 % beträgt.