AT410221B - Vorrichtung und verfahren zur erzeugung von roheisen und/oder stahlvorprodukten - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm aus eisenerzhaltigem Elnsatzmatenal In einem Schachtofen, wobei das Einsatzmaterial in einer Festbettreduktionzone zu Eisenschwamm reduziert wird, und sowohl die Reduktion des Ausgangsproduktes, als auch jeweils die Reduktion eines der Zwischenprodukte durch einen spezifischen Reduktionsgasverbrauch (RV [m3/t]), charakterisiert ist, und aus der Reduktionszone im Bereich des   chemisch-physikalischen Uberganges   eines Metalloxids A In   ein Metalloxid B, bel   weichem   RVB > RVA   gilt, zumindest ein Teil des Reduktionsgases abgezogen wird, und zumindest ein Teilstrom des abgezogenen Reduktionsgases, gegebenenfalls nach einer Erwärmung, zur Reduktion des Metalloxides A und/oder zur Reduktion eines Metalloxids C,

   bei welcher   RVc < RVA < RVB   gilt, im Bereich des zu reduzierenden Metalloxides A und/oder C In die Reduktionzone eingeleitet wird. 



   Im Stand der Technik sind verschiedene   Verfahrenswelsen   zum Betrieb einer Reduktionszone, insbesondere eines Schachtofen, bekannt Ein Augenmerk liegt dabei auf der wirtschaftlichen Nutzung des Reduktionsgases
In der DE2307924A1 wird diesbezüglich ein Verfahren zur Direktreduktion von Eisenerzen gelehrt, bel welchem Eisenerz in einem Schachtofen direktreduziert wird Dabei wird das Reduktionsgas nach Einleitung am unteren Ende des Schachtofens zumindest teilweise an der Stelle des   Magnetit-Wüstit-Uberganges   aus dem Schachtofen abgezogen, geeignet aufbereitet,

   und wiederum als Reduktionsgas am unteren Ende des Schachtofens eingeleitet
In der Veröffentlichung W00132940A1 wird ein Verfahren zur Leistungssteigerung und Brennstoffeinsparung bel der Erzeugung von Eisen gelehrt Dabei wird aus einem Schachtofen auf mittlerer Höhe ein zumindest teilweise umgesetztes Reduktionsgas abgezogen, und darüber ein erwärmtes Brenngas zugeführt
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegnff des Anspruchs 9 weiter zu entwickeln, durch welche ein besonders kostengünstiger und   wirtschaftlicher Betrieb ermöglicht   wird. 



   Diese Aufgabe   wird erfindungsgemäss   entsprechend dem Verfahren   gemäss   dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, sowie entsprechend der   Vomchtung   gemäss, dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 9 gelöst. 



   Wird Im Stand der Technik das aus der Reduktionszone abgezogene Reduktionsgas mit neuem Generatorgas aufbereitet und am unteren Ende des Schachtofens zur Reduktion eines Oxides mit einem hohen spezifischen Reduktionsgasverbrauch eingeleitet, wird bei dem erfindungsgemä- ssen Verfahren das abgezogene Reduktionsgas im Bereich von Oxiden eingeleitet, welche durch einen niedrigen spezifischen Reduktionsgasverbrauch gekennzeichnet sind.

   Im Falle eines Schachtofens wird das abgezogene Reduktionsgas oberhalb oder im Bereich jener Stelle in die Reduktionszone eingebracht, an welcher das Reduktionsgas in einem vorhergehenden Schritt zumindest teilweise abgezogen wurde
Da der spezifische Reduktionsgasverbrauch mit zunehmenden   Metalllsierungsgrad tendentiell   zunimmt, ist, beispielsweise bel der Reduktion von Eisenerz zu Eisenschwamm, zur Reduktion des hoch metallisierten Eisenoxide bedeutend mehr Reduktionsgas notwendig als zur Reduktion eines niedrig metallisierten Eisenoxide. 



   Ein Reduktionsgas, wie es nach der Reduktion von hochmetallisierten Eisenoxiden anfall, besitzt zumeist ein, gegenüber dem spezifischen Reduktionsgasverbrauch eines   niedngmetallislerten   Eisenoxid, weitaus   grösseres   spezifisches Reduktionsvermogen bzw einen entsprechend höheren Gehalt an CO und/oder H2 als fur die Reduktion des niedngmetalllslerten Eisenoxides nötig ware. 



   Um den   überschüssigen   Gehalt an CO und H2 wirtschaftlich zu nützen wird das Reduktionsgas im Bereich des Phasenuberganges zwischen hoch-und niedrigmetallisiertem Eisenoxid abgezogen
Jener überschüssige Anteil des Reduktionsgases, welcher zur Reduktion des niedrigmetaiilsierten   Elsen   demnach, aufgrund dessen niedrigeren spezifischen Reduktionsgasverbrauchs, nicht erforderlich ist, kann von dem abgezogenen Reduktionsgas abgetrennt und beispielsweise zur Reduktion von Metallerzen in einer weiteren Reduktionszone eingesetzt werden. 



   Wurde von dem abgezogenen Reduktionsgas auf diese Weise ein Teilstrom abgetrennt, und soll der verbleibende Anteil des Reduktionsgases wieder in die Reduktionszone eingeleitet werden, 

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 muss berücksichtigt werden, dass das Gas eine ausreichende Wärmemenge zur Erwärmung des   Erzmöllers In   der Reduktionszone enthält Durch Entfernung eines Teilstromes des abgezogenen Reduktionsgases konnte man beispielsweise zwar ein Gas mit ausreichendem Gehalt an Reduktanten,

   jedoch mit zu geringem Wärmeinhalt erhalten In diesem Fall muss der Wärmeinhalt des abgezogenen Reduktionsgases vor dessen Rückfuhrung In die Reduktionszone durch Erwärmung erhoht werden
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Reduktionsgrad des in die Reduktionszone ruckzuführenden Reduktionsgases vor dessen Einleitung In die Reduktionszone erniedrigt. Diese Absenkung des Reduktionsgrades kann beispielsweise durch Erniedrigung der Reduktionsgasmenge oder Teilverbrennung erfolgen. 



   Nach einer besonderen Ausführungsform des   erfindungsgemässen   Verfahrens wird aus dem   eisenerzhaitigen   Einsatzmaterial in einem Schachtofen Eisenschwamm hergestellt, wobei das Elnsatzmatenal über die   Haematit-und   Wüstit-Stufe zu Eisenschwamm reduziert, und das Reduktionsgas oberhalb der Eisen-Stufe, insbesondere bei dem Übergang der Wüstit-zur Eisen-Stufe, zumindest teilweise abgezogen wird, und wobei das abgezogene Reduktionsgas zumindest teilweise im Bereich der Haematit-Stufe wieder in die Reduktionszone eingeleitet wird. 



   Der Begriff der Wüstit-Stufe bezeichnet dabei vorzugsweise jenen Bereich in dem ein Metalloxid zu Wüstit reduziert wird, also Wüstit vorliegt. Unter der Eisenstufe ist vorzugsweise jener Bereich zu verstehen in dem Metalloxid zu Eisen, insbesondere Eisenschwamm, reduziert wird, also Eisen vorliegt. Die Haematitstufe wiederum bezeichnet vorzugsweise jenen Bereich in dem Haematit, vorzugsweise als Produkt einer Reduktion, vorliegt. 



   Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens wird im Bereich der WüstitStufe, oberhalb der Stelle an der das Reduktionsgas zumindest teilweise abgezogen wird und unterhalb der Stelle an der das abgezogene Reduktionsgas zumindest teilweise wieder in die Reduktionszone eingeleitet wird, ein Offgas aus der Reduktionszone ableitet und die Reduktionszone im Bereich zwischen dem Austrag des Eisenschwammes und des zumindest teilweisen Abzugs des Reduktionsgases im wesentlichen nach dem Gegenstromprinzip und im Bereich zwischen der Einleitung des Teilstromes bis zur Ableitung des Off-Gases nach dem Gleichstromprinzip betrieben. 



   Das Gegenstromprinzip besteht im wesentlichen dann, dass das Reduktionsgas in Richtung der Chargierung des Ausgangsproduktes strömt bzw von Produkten mit hohem spezifischen Reduktionsgasverbrauch zu Produkten mit niedrigerem spezifischen Reduktionsgasverbrauch Das Gleichstromprinzip behandelt den gegenteiligen Fall, also wenn das Reduktionsgas von Produkten mit niedrigem spez. Reduktionsgasverbrauch zu Produkten mit hoherem spez.

   Reduktionsgasverbrauch strömt
Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens wird die   Erwarmung   des Teilstroms des abgezogenen Reduktionsgases eines Sauerstoffbrennersystems und/oder einer rekuperativen Erwärmung durchgeführt
Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemassen Verfahrens wird das abgezogene Reduktionsgas vor seiner Einleitung in die Reduktionszone einer Entstaubung und/oder einer Verdichtung unterzogen
Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemassen Verfahren wird ein, gegebenenfalls weiterer, Teilstrom des abgezogenen Reduktionsgases, gegebenenfalls nach einer   C02-Entfer-   nung, in eine zweite Reduktionszone, insbesondere einen zweiten Reduktions-Schachtofen oder einen Wirbelschichtreaktor zur Behandlung von Feiner, eingeleitet. 



   Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemassen Verfahren wird das hochmetallisierte Endprodukt, insbesondere der Eisenschwamm, in einer Einschmeizvergasungszone unter Zufuhr von   Kohlenstoffträgern   und hochsauerstoffhaltigem Gas erschmolzen und dabei das kohlenmono-   xid-und wasserstoffhältige   Reduktionsgas erzeugt, weiches in der Reduktionszone des Schachtofens zumindest teilweise umgesetzt wird. 



   Die Erfindung ist weiters durch eine erfindungsgemasse Vorrichtung nach Anspruch 9 gekennzeichnet
Nach einem Merkmal der erfindungsgemassen Vorrichtung ist ein zweiter Schachtofen vorgesehen, der uber einen Teilstrom des am zweiten Gasentnahmeraumes des Schachtofens entnommenen Reduktionsgases betrieben wird. 

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   Nach einer besonderen Ausfuhrungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung Ist ein Einschmelzvergaser zum Schmelzen des Eisenschwammes sowie zur Erzeugung des CO- und H2haltigen Reduktionsgases vorgesehen. 



   Nachfolgend wird das erfindungsgemässe Verfahren, sowie die   erfindungsgemässe Vorrichtung   schematisch anhand mehrerer nicht einschrankender Zeichnungen näher erläutert. 



   Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Erzeugung von Roheisen und/oder Stahlvorprodukten
Fig. 2 zeigt einen Schachtofen, wie er In einer Vorrichtung nach Fig. 1 verwendet wird
Bel einem Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen 1 und Eisenschwamm 4, 21 aus Eisenerz 8, 19, vorzugsweise   In Stück- oder Pelletform,   und gegebenenfalls aus Zuschlagen gebildeten Einsatzstoffen, werden die Einsatzstoffe in   einer Festbettreduktionszone   6, insbesondere einem Schachtofen, zu Eisenschwamm direkt reduziert Der Eisenschwamm 4 wird nachfolgend In einer Einschmeizvergasungszone 2 unter Zufuhr von Kohlenstoffträgern 3 und hochsauerstoffhältigem Gas erschmolzen und ein   kohienmonoxid-und wasserstoffhäit ! ges   Reduktionsgas 5 erzeugt,

   welches in die Reduktionszone 6 eingeleitet und dort umgesetzt wird und an der Reduktionszone als Exportgas 9 abgezogen wird. Das abgezogene Exportgas 9 wird gegebenenfalls einer Reinigung In einem Wäscher 12 unterzogen und als weitgehend   CC-freies   Reduktionsgas zur Erzeugung von Eisenschwamm einer weiteren Reduktionszone 20 zur Direktreduktion von Eisenerz zugeführt Das Exportgas 9 wird dabei nicht am oberen Ende der Reduktionszone 6 abgezogen, wo die Reduktionszone 6 mit   beispielsweises hämatitischem   Erz 8 beaufschlagt wird, sondern an jener Stelle, wo im Ofenschacht die Umsetzung des   Elnsatzmatenals   von Wüstit zu Elsen durch das aufsteigende Reduktionsgas bereits erfolgt   ist,   und demnach im wesentlichen als Eisenschwamm vorliegt.

   Zu diesem Zweck wird der Reduktionsschacht mit einem entsprechenden Gasentnahmeraum ausgebildet
Der entnommene Gasstrom 9 wird, insbesondere nach der Wasche, geteilt, wobei ein Teil des Gasstroms über eine CO2-Eliminierungsanlage   (z. B.   PSA) 17 und nach Aufheizung 16 In eine zweite Reduktionszone 20 zur Erzeugung von Eisenschwamm eingeleitet wird, wahrend der andere Teil nach einer Verdichtung 13, sowie einer Erwärmung mit Hilfe einer   Aufheizvornchtung   11 beispielsweise durch ein Sauerstoffbrennersystem 14 dem oberen Teil der ersten Reduktionszone 6 zugeführt wird, wo im Gleichstrom die Aufwärmung und Reduktion des Hämatits bis zur Stufe des   Wüstits   erfolgt.

   Nach erfolgter Reduktion wird das C02-reiche Gas 7 über einen Gassammelraum aus dem Reduktionsschacht abgezogen und abgeleitet Zumindest ein Teil des Offgases der zweiten Reduktionszone 20 kann uber einen Wasche und die   COz-Eiiminierungsaniage   17 re-   zykliert   werden. 



   Bei einem Schachtofen, wie in Fig 2 schematisch dargestellt, wird das unverbrauchte Reduktionsgas 5 am unteren Ende des Schachtofens in einen   Einlassbereich   22 eingeleitet und   stromt   entgegen der Bewegungsrichtung des Erzes der Erzsaule (Gegenstromprinzip) bis zu einem Gasentnahmeraum 23. In diesem Gasentnahmeraum 23 wird das teilweise verbrauchte Reduktionsgas 9 aus der Reduktionszone abgezogen.

   Das abgezogene Reduktionsgas 10 wird, nachdem es gegebenenfalls einer geeigneten Aufbereitung unterzogen wurde, wiederum in die Reduktionszone im Bereich einer   Einlasszone   25 eingeleitet und   stromt   in der Bewegungsrichtung des Erzes (Gleichstromprinzip) in Richtung eines zweiten Gasentnahmeraumes 24, dem schliesslich das Offgas 7 aus der Reduktionszone entnommen wird
Der Vorteil des beschriebenen Verfahrens liegt dann, dass im Vergleich zum herkömmlichen Betrieb einer Schachtofenanlage eine bessere Gasausnutzung   moglich   wird, da mit der beschriebenen Lösung der Tatsache Rechnung getragen wird, dass für die Reduktion von Wüstit zu Eisen ca. 401 m3 CO/tFe erforderlich sind, wahrend für den Schritt Hamatit zu Wüstit bereits ca 192 m3 CO/tFe ausreichen. 



   Bei der eingangs beschriebenen Anlage bestehend aus zwei Reduktionsschächten ergeben sich unter Anwendung der   erfindungsgemassen   Vorschlage die Vorteile geringerer Gasmengen, welche in der   C02-Eiiminierungsaniage   behandelt werden müssen, sowie ein geringerer Rohrleitungsaufwand Weiters kommt bel Anwendung des gegenständlichen Verfahrens der Vorteil zum Tragen, dass bei Betrieb der eingangs beschriebenen Anlage die Vergasung von Kohlenstofftragern mit hochsauerstoffhÅaltigem Gas erfolgt und somit m System nur ein minimaler Stickstoffballast auftritt

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm aus eisenerzhaltigem Einsatzmaterial in ei- nem Schachtofen, wobei das Einsatzmatenal In einer Festbettreduktionzone zu Eisen- schwamm reduziert wird, und sowohl die Reduktion des Ausgangsproduktes, als auch je- weils die Reduktion eines der Zwischenprodukte durch einen spezifischen Reduktionsgas- verbrauch (RV [m3/t]), charaktenslert ist, und aus der Reduktionszone Im Bereich des chemisch-physikalischen Uberganges eines Metalloxides A In ein Metalloxid B, bel wei- chem RVB > RVA gilt, zumindest ein Teil des Reduktionsgases abgezogen wird, und zumin- dest ein Teilstrom des abgezogenen Reduktionsgases, gegebenenfalls nach einer Erwar- mung, zur Reduktion des Metalloxides A und/oder zur Reduktion eines Metalloxides C, bel welcher RVc < RVA < RVB gilt,

   im Bereich des zu reduzierenden Metalloxids A und/oder C in die Reduktionszone eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Reduktionsgrad des in die Reduktionszone rückzuführenden abgezogenen Reduktionsgases vor der Wle- dereinleitung in die Reduktionszone, insbesondere durch eine Teilverbrennung, erniedrigt wird.

   2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Warmeinhalt des In die Reduktionszone ruckzufuhrenden abgezogenen Reduktionsgases vor der Wiedereinlei- tung In die Reduktionszone erhöht wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von Eisenschwamm aus eisenerzhälti- gem Einsatzmaterial in einem Schachtofen, wobei das Einsatzmaterial über die Haematit- und Wüstit-Stufe zu Eisenschwamm reduziert wird, und das Reduktionsgas oberhalb der Eisen-Stufe, insbesondere bei dem Ubergang der Wustit- zur Eisen-Stufe, zumindest teil- weise abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das abgezogene Reduktionsgas zumindest teilweise im Bereich der Haematlt-Stufe wieder in die Reduktionszone eingelei- tet wird 4.

   Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Wüstit-Stufe, oberhalb der Stelle an der das Reduktionsgas zumindest teilweise abgezogen wird und un- terhalb der Stelle an der das abgezogene Reduktionsgas zumindest teilweise wieder in die Reduktionszone eingeleitet wird, ein Offgas aus der Reduktionszone abgeleitet wird und die Reduktionszone im Bereich zwischen dem Austrag des Eisenschwammes und des zumindest teilweisen Abzugs des Reduktionsgases im wesentlichen nach dem Gegen- stromprinzip und Im Bereich zwischen der Einleitung des Tellstromes bis zur Ableitung des Off-Gases nach dem Gleichstromprinzip betrieben wird.

   5 Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwarmung des Teilstroms des abgezogenen Reduktionsgases mit einem Sau- erstoffbrennersystem und/oder einer rekuperativen Erwärmung durchgeführt wird 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das abgezogene Reduktionsgas vor seiner Einleitung In die Reduktionszone einer Entstaubung und/oder einer Verdichtung unterzogen wird 7 Verfahren nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Teilstrom des abgezogenen Reduktionsgases, gegebenenfalls nach ei- ner CO2-Entfernung, In eine zweite Reduktionszone, insbesondere einen zweiten Redukti- ons-Schachtofen oder einen Wirbelschichtreaktor zur Behandlung von Feinerz, eingeleitet wird 8.

   Verfahren nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 7, wobei das hochmetallisierte Endprodukt, insbesondere der Eisenschwamm, in einer Einschmelzvergasungszone unter Zufuhr von Kohlenstoffträgern und hochsauerstoffhältigem Gas erschmolzen und dabei das kohlenmonoxid- und wasserstoffhaltige Reduktionsgas erzeugt wird, welches in der Reduktionszone zumindest teilweise umgesetzt wird 9 Vorrichtung zur Erzeugung von Eisenschwamm aus e ! senerzhaitigem Einsatzmatenat, vorzugsweise zur Durchfuhrung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Anspru- che 1 bis 8, die einen Schachtofen mit einer am oberen Ende des Schachtofens vorgesehenen Aufgabeeinrichtung für stü- ckiges Eisenerz,

   und <Desc/Clms Page number 5> einer am unteren Ende des Schachtofens vorgesehenen Austragseinrichtung fur zu- mindest teilweise reduziertes Eisenerz, und einer am unteren Ende des Schachtofens vorgesehenen ersten Gaszuleitung zur Zu- fuhr eines CO-und H2-ha ! t ! gen Redukttonsgases, und einem ersten Gasentnahmeraum zur Ableitung eines Offgases, und einem zweiten Gasentnahmeraum zum Abziehen des zumindest teilweise umgesetz- ten Reduktionsgases aufweist, und der Schachtofen eine oberhalb des zweiten Gaseentnahmeraumes ange- ordnete zweite Gaszuleitung zur Zufuhr zumindest eines Teilstromes des abgezogenen Reduktionsgases aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Ernledn- gung des Reduktionsgrades des rückzuführenden abgezogenen Reduktionsgases, insbe- sondere durch Teilverbrennung,

   vorgesehen Ist 10 Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Erho- hung des Warmeinhaltes des rückzuführenden abgezogenen Reduktionsgases betrieben wird 11 Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Schachtofen vorgesehen Ist, der uber einen Teilstrom des am zweiten Gasentnahmeraum des Schachtofens entnommenen Reduktionsgases betrieben wird 12 Vorrichtung nach einem oder mehreren der Anspruche 9 bis 11, dadurch gekennzeich- net, dass ein Ernschmelzvergaser zum Schmelzen des Eisenschwammes sowie zur Er- zeugung des CO- und H2-haltigen Reduktionsgases vorgesehen ISt