AT509072B1 - Bentonit-gebundene presslinge unterkörniger oxidischer eisenträger - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von eisenoxidhältigen Presslingen aus unterkörnigen oxidischen Eisenträgern durch Herstellung einer Mischung welche unterkörnige oxidische Eisenträger, Bentonit als Binder, und Wasser umfasst, Pressen der Mischung, und Härtung der bei der Pressung erhaltenen Grünpresslinge, sowie die durch das Verfahren hergestellten Presslinge und die Verwendung der Presslinge als stückiger Eisenträger. Erfindungsgemäß wird die Mischung nach Zusammenführung ihrer Komponenten einem mindestens 3-minütigen bis zu 30 minütigen Knetvorgang unterworfen wird, an den sich die Pressung anschließt. Die Presslinge werden ohne Maukvorgang durchgeführt.

Description

österreichisches Patentamt AT509 072 B1 2011-06-15

Beschreibung

BENTONIT-GEBUNDENE PRESSLINGE UNTERKÖRNIGER OXIDISCHER EISENTRÄGER

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von eisenoxidhältigen Presslingen aus unterkörnigen oxidischen Eisenträgern durch Herstellung einer Mischung welche unterkörnige oxidische Eisenträger, Bentonit als Binder, und Wasser umfasst, Pressen der Mischung, und Härtung der bei der Pressung erhaltenen Grünpresslinge, sowie die durch das Verfahren hergestellten Presslinge und die Verwendung der Presslinge als stückiger Eisenträger.

[0002] Bei vielen Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm, bei denen ein Direktreduktionsschacht mit Festbett eingesetzt wird, beispielsweise nach dem MIDREX®- oder HYL®-Verfahren, oder bei Schmelzreduktionsverfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen, bei denen eine Reduktion in einem Schacht erfolgt, wie beispielsweise beim COREX®-Verfahren, sind stückige oxidische Eisenträger, wie beispielsweise Stückerz oder Pellets, als Ausgangsmaterial einzusetzen. Durch Transport und Handling erleiden die stückigen oxidischen Eisenträger einen Abrieb oder können zerbrechen. Die Produkte einer solchen Degradation sind für einen Einsatz in einem Direktreduktionsschacht mit Festbett zu fein, da sie die Gaspermeabilität eines Festbettes insgesamt herabsetzen und die Gefahr einer Maledistribution der Reduktionsgase beziehungsweise von Channelling mit damit verbundener bereichsweiser unvollständiger Reduktion erhöhen. Vor der Chargierung in einen Direktreduktionschacht mit Festbett muss daher eine Abtrennung von durch eine solche Degradation entstandenem Unterkorn von oxidischen Eisenträgern aus den stückigen oxidischen Eisenträgern durch Absiebung und/oder Sichtung erfolgen, beispielsweise durch Absiebung bei einer Partikelgröße von 6,3 mm und Sichtung bei einer Partikelgröße von <200 pm.

[0003] Unter dem Begriff Unterkorn sind dabei Partikel zu verstehen, deren Partikelgröße unter 10 mm, bevorzugt unter 6,3 mm, besonders bevorzugt unter 5 mm liegt. Dabei geben diese Werte die Weite der Maschen des zur Absiebung verwendeten Siebes an, durch welche das Unterkorn durchfällt.

[0004] Die Partikelgröße von Unterkorn wird als unterkörnig bezeichnet.

[0005] Um das Unterkorn einsetzen zu können, muss es in eine stückige Form überführt, dass heißt agglomeriert werden.

[0006] Sofern Sinter- oder Pelletieranlagen in der Nähe vorhanden sind, bietet es sich an diese Einrichtungen für eine Agglomeration von Unterkorn zu nutzen. Oft sind im Anlagenverbund auch Kaltbrikettieranlagen zur Brikettierung des Unterkorns vorhanden. Das Unterkorn der stückigen Oxide wird in einigen Fällen auch per Rückfracht zum Erzlieferanten zurückgeführt.

[0007] Agglomerationsverfahren zur Überführung von feinteilchenförmigem Material in stückige Form wie Pelletieren oder Sintern lassen sich nur in großem Maßstab wirtschaftlich betreiben. Daher unterbleibt oftmals eine Agglomeration und das Unterkorn aus der Degradation der stückigen oxidischen Eisenträger wird ungenutzt aufgehaldet.

[0008] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Überführung des Unterkorns in stückige Form bereitzustellen, welches das Unterkorn für eine wirtschaftliche Nutzung zur Herstellung von Eisenschwamm oder flüssigem Roheisen erschließt.

[0009] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen von eisenoxidhältigen Presslingen aus unterkörnigen oxidischen Eisenträgern durch Herstellung einer Mischung, welche die unterkörnigen oxidischen Eisenträger, Bentonit als Binder, und Wasser umfasst, Pressung der Mischung, und Härtung der bei der Pressung erhaltenen Grünpresslinge zu Presslingen, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung nach Zusammenführung ihrer Komponenten einem mindestens 3-minütigen, bevorzugt mindestens 5-minütigen, bis zu 30-minütigen, bevorzugt bis zu 20-minütigen, besonders bevorzugt bis zu 15-minütigen Knetvorgang unterworfen wird, an den sich die Pressung anschließt. 1/11 österreichisches Patentamt AT509 072B1 2011-06-15 [0010] Die Presslinge sind durch Pressung hergestellte Agglomerate aus feinteilchenförmigen Stoffen. Beispiele für Ausprägungen von Presslingen sind Briketts, Tabletten sowie Schülpen oder Stränge, beziehungsweise durch schonende Desagglomeration aus Schülpen oder Strängen hergestellte stückige Fragmente.

[0011] Der Vorteil eines Herstellens von Presslingen aus den unterkörnigen oxidischen Eisenträgern gegenüber einer Pelletierung liegt darin, dass ein Herstellen von Presslingen, wie beispielsweise eine Brikettierung, flexibler auf Schwankungen der Qualität und Quantität der Einsatzstoffe reagieren kann, und auf eine Aufbereitung der Einsatzstoffe durch Feinmahlung sowie das Brennen von Grünpellets verzichtet werden kann. Ein Herstellen von Presslingen, wie beispielsweise eine Brikettierung, eignet sich daher prinzipiell besser für eine Verarbeitung von Unterkorn, welches in Mengen von bis zu 100000 t/a anfällt.

[0012] Als Binder wird Bentonit verwendet. Dabei ist unter Bentonit ein Material zu verstehen, das eine Mischung aus verschiedenen Tonmineralien ist und als Hauptbestandteil smektititsche Phyllosilikate, bevorzugt Montmorillonit, enthält. Die smektitischen Phyllosilikate, bevorzugt Montmorillonit, sind in Mengen von mindestens 60 %, bevorzugt mindestens 70 % Gewichtsprozent vorhanden. Dabei kann es sich bei dem Bentonit um ein natürlich vorkommendes Gestein handeln, oder um durch Zugabe von Zusätzen oder Durchführung von Verfahrensschritte erhaltene Abwandlungen eines natürlich vorkommenden Gesteins.

[0013] Unter den unterkörnigen oxidischen Eisenträgern sind auch beispielsweise Stäube, die bei der Möllerung von stückigen oxidischen Eisenträger anfallen, zu verstehen.

[0014] Vorzugsweise umfasst die Mischung 3 bis 12 Gewichts% Bentonit, bezogen auf die Menge der unterkörnigen oxidischen Eisenträger, bevorzugt 6 bis 10 Gewichts%. Bei weniger Bentonit ist keine ausreichende Wirkung als Binder sichergestellt. Bei mehr Bentonit ergibt der zusätzliche Bentonitverbrauch keinen nennenswerten Gewinn bei seiner Wirkung als Binder im Pressling. Ausserdem wird die Weiterverarbeitung der Presslinge in einem Stahlwerk durch aufgrund des höheren Bentonitgehaltes erhöhte Schlackenbildung erschwert. Zudem stellt ein höherer Bentonitanteil unnötigen Ballast beim Transport der Presslinge dar.

[0015] Die Komponenten der Mischung können in einem oder mehreren Schritten zusammengeführt werden. Beispielsweise können erst die festen Komponenten der Mischung zusammengeführt und vorgemischt werden, bevor eine Zumischung von Wasser zur Einstellung einer teigigen Konsistenz stattfindet. Die teigige Mischung aller Komponenten wird dann dem Knetvorgang unterworfen.

[0016] Die festen und flüssigen Komponenten der Mischung können aber auch alle in einem Schritt vereinigt werden.

[0017] Der Knetvorgang dauert mindestens 3 Minuten, bevorzugt mindestens 5 Minuten, bis zu 30 Minuten, bevorzugt bis zu 20 Minuten, besonders bevorzugt bis zu 15 Minuten, wobei die Grenzwerte jeweils inkludiert sind. Bei einer Dauer von weniger als 3 Minuten sind die Eigenschaften der erhaltenen Grünpresslinge und Presslinge unzureichend. Bei einer Dauer von über 30 Minuten wird keine nennenswerte Änderung der Eigenschaften der Grünpresslinge und Presslinge erzielt, jedoch sinkt der Zeitgewinn gegenüber Mauken mit zunehmender Dauer des Knetvorganges.

[0018] Bei Verwendung von Bentonit als Binder ist es üblich, die Bentonit und Wasser umfassende Mischung, und speziell den Bentonit, mehrere Stunden bei ruhender Lagerung quellen zu lassen - ein Vorgang, der auch Mauken genannt wird -, um sich das Bindevermögen des Binders Bentonit entfalten zu lassen. Die Dauer des Maukens wird als Maukzeit bezeichnet.

[0019] Durch den erfindungsgemäß durchzuführenden Knetvorgang, dem die Mischung nach Zusammenführung ihrer Komponenten unterworfen wird, kann - ohne nennenswerte Verschlechterung beziehungsweise sogar unter Verbesserung der Eigenschaften der Presslinge -auf das zeitaufwändigen Mauken verzichtet werden. Dadurch vermindert sich, bei gegebenem Durchsatz, der für diesen Behandlungsschritt notwendige Speicherplatz (Bunker- oder Haufenvolumen), beziehungsweise bei gegebener Speichergröße kann ein höherer Durchsatz erzielt 2/11 österreichisches Patentamt AT509 072 B1 2011-06-15 werden. Zudem wird die Mischung - und damit die Struktur des Endproduktes Pressling -vergleichmäßigt, wodurch die für eine bestimmte Presslingqualität notwendige Menge an Binder vermindert werden kann.

[0020] Tabelle 1 zeigt die Auswertung von Versuchen zum Herstellen von Presslingen im Hinblick auf die Sturzfestigkeit (SF) und die Punktdruckfestigkeit (PDF) der Presslinge im Rahmen einer Versuchskampagne. Dabei werden die Presslinge nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Knetvorgang, beziehungsweise nach dem Stand der Technik mit Mauken hergestellt. Bei den Presslingen handelt es sich um Briketts.

[0021] Die Sturzfestigkeiten von erfindungsgemäß hergestellten Grünpresslingen und Presslingen und von mit Mauken hergestellten Grünpresslingen und Presslingen- bei jeweils gleichen Einsatzstoffen und unter sonst gleichen Bedingungen - liegen in der gleichen Größenordnung, sowohl für Grünpresslinge als auch für an der Luft getrocknete und thermisch getrocknete Presslinge.

[0022] Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Presslinge und Grünpresslinge zeigen im Vergleich zu mit Mauken hergestellten Presslingen und Grünpresslingen - bei jeweils gleichen Einsatzstoffen und unter sonst gleichen Bedingungen - eine Erhöhung der Punktdruckfestigkeit, besonders bei durch thermische Trocknung hergestellten Presslingen.

[0023] Dabei wird das Verhalten der Presslinge bezüglich Punktdruckfestigkeit nach thermischer Trocknung als Indikation für das Verhalten der Presslinge nach Chargierung in eine Reduktionszone angesehen. Die erfindungsgemäß hergestellten Presslinge sind speziell aufgrund ihrer Punkdruckfestigkeits-Eigenschaften für den Einsatz in einem industriellen Reduktionsprozess deutlich besser geeignet als mit Mauken hergestellte Presslinge.

[0024] Als unterkörniger oxidischer Eisenträger wurde für alle in Tabelle 1 gezeigten Versuche Sinterfeed von der Fabrica-Mine in Minas Gerais State/Brasilien (FERTECO) verwendet. Die für das Herstellen der Presslinge verwendete Körnung betrug 0-8 mm mit einem d50 von 0,75 mm und einem d95 von 3,15 mm. Zur Einstellung konstanter Versuchsbedingungen wurde das Sinterfeed vor den Versuchen auf <1% Feuchte thermisch getrocknet.

[0025] Folgende handelsübliche Bentonite wurden verwendet: [0026] IK = IKO Bond D ® (aktivierter Calcium-Bentonit der Firma IKO Erbslöh mit ca. 90% Montmorillonit) [0027] VO= VOLCLAY® (natürlicher Natriumbentonit der Firma Süd-Chemie mit ca. 70-80% Montmorillonit [0028] TI = TIXOTON® (aktivierter Calcium-Bentonit der Firma Süd-Chemie mit ca. 70% Montmorillonit) [0029] CA= CALCIGEL® (natürlicher Calcium-Bentonit der Firma Süd-Chemie) [0030] Die Mischungen wurden in einem Chargenmischer vom Typ FM130D der Firma Lödige hergestellt.

[0031] Das für die Knetvoränge verwendete Knetwerk der Firma Köppern bestand aus einem senkrecht stehenden zylindrischen Behälter, durch den eine mittig drehende Welle mit Knetarmen geführt ist.

[0032] Eine gegebenenfalls durchgeführte Beheizung des Knetwerks zur Zufuhr von Wärme auf die Mischung während des Knetvorgangs erfolgte über das Gehäuse, wozu Sattdampf von 6 bis 8 bar zur Verfügung stand.

[0033] Das Herstellen der Grünpresslinge wurde mittels einer Versuchs-Walzenpresse vom Typ 52/10 der Firma Köppern durchgeführt. Das gewählte kissenförmige Format für die Grünpresslinge wies ein Nennvolumen von 20 cm3 auf. Die Aufgabe des zu pressenden Materials erfolgte mittels Schwerkraftzuteiler. Von der Versuchs-Walzenpresse wurden dabei Verbände bestehend aus mehreren Grünpresslingen hergestellt. In diesen Verbänden befinden sich Grünpress- 3/11 österreichisches Patentamt AT509 072B1 2011-06-15 linge sowohl im Randbereich der Verbände als auch im Mittenbereich der Verbände.

[0034] Um für die Ermittlung der Sturzfestigkeit beziehungsweise der Punktdruckfestigkeit einzelne Grünpresslinge beziehungsweise einzelner Presslinge zu erhalten, werden die Verbände entlang der Teilungsnähte zwischen den einzelnen Grünpresslingen zerbrochen. In der Regel zerbrechen die Verbände beim Austrag aus der Versuch-Walzenpresse zu einzelnen Grünpresslingen.

[0035] Beim Herstellen der Presslinge nach Tabelle 1 wurde dem unterkörnigen oxidischen Eisenträger zunächst der Bentonit (Bent) und anschließend Wasser (W) zugemischt -dabei betrug die Mischzeit jeweils 2 Minuten. Die Prozentangaben bei Bentonit und Wasser sind Gewichtsprozent; die Gewichtsprozent beziehen sich auf die im jeweiligen Versuch eingesetzte Menge unterkörniger oxidischer Eisenträger. Im Anschluß an den Mischvorgang wurde die Mischung zur Herstellung erfindungsgemäßer Presslinge im Knetwerk geknetet. Gegebenenfalls erfolgte dabei Beheizung des Knetwerkes, und zwar eine indirekte Beheizung über das Gehäuse. Derart erhaltene Ergebnisse sind in Tabelle 1 durch die Einträge Kneten + H. in die Spalte Behandlung angezeigt, wobei H. für Beheizung. Einträge Kneten - H. in die Spalte Behandlung bedeuten, dass keine Beheizung des Knetwerkes erfolgt.

[0036] Zum Herstellen von Presslingen unter Mauken wurde die Mischung im Anschluß an den Mischvorgang in einem Maukbehälter ruhen gelassen.

[0037] Nach dem Knetvorgang im Knetwerk beziehungsweise dem Mauken im Maukbehälter wurden die Mischungen als zu pressendes Material einer Pressung in der Versuchs-Walzenpresse unterworfen, um Grünpresslinge herzustellen. Die dabei erhaltenen Grünpresslinge sind noch weich - was im Fachjargon durch den Wortzusatz „grün" angedeutet wird - und werden einer Härtung unterzogen, um zum fertigen Pressling zu gelangen. Diese Härtung kann beispielsweise durch zumindest teilweise Trocknung durch Lagerung an der Luft und/oder eine thermische Behandlung erfolgen.

[0038] Nach der Pressung wurden einzelne Grünpresslinge jeweils unmittelbar, im Fachjargon grün, auf Sturzfestigkeit (SF) und Punktdruckfestigkeit (PDF) untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in den Spalten SF grün und PDF grün gezeigt. Die Messungen von Sturzfestigkeit und Punktdruckfestigkeit wurden jeweils nach 1h Härtung an der Luft, und nach 24h beziehungsweise 72h Härtung an der Luft wiederholt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in den Spalten „SF n. 24 h (72 h)*" und „PDF n. 24 h (72 h)*" gezeigt.

[0039] Eine Teilmenge der in den jeweiligen Versuchen erhaltenen Grünpresslinge wurde 30 min bei 290 °C getrocknet und nach Abkühlung an der Luft ebenfalls auf Sturzfestigkeit und Punktdruckfestigkeit untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in den Spalten „SF getr." und „PDF getr." gezeigt.

[0040] Beim Sturztest (angelehnt an ASTM D440) zur Feststellung der Sturzfestigkeit wird eine 4 kg schwere Probe von Grünpresslingen beziehungsweise von durch Trocknung an der Luft oder durch thermische Trocknung gehärteten Presslingen viermal über ein Fallrohr aus einer Höhe von 2 m in einen Auffangbehälter gestürzt, dessen Boden in Form einer massiven Stahlplatte ausgebildet ist. Das Fallrohr weist einen Durchmesser von 200 mm und der Sammelbehälter einen Durchmesser von 260 mm auf. Die Stärke der Stahlplatte beträgt 12 mm. Die Auswertung des Sturztests per Siebanalyse erfolgt nach dem zweiten und vierten Sturz. Die Zahlenwerte in Tabelle 1 geben jeweils den Anteil der Kornfraktion >20 mm nach vier Stürzen an.

[0041] Für die Ermittlung der Punktdruckfestigkeit wurde eine Prüfmaschine vom Typ 469 der Firma ERICHSEN verwendet. Bei diesem Prüfverfahren werden einzelne Grünpresslinge beziehungsweise durch Trocknung an der Luft oder durch thermische Trocknung gehärtete Presslinge zwischen zwei Auflagen eingespannt, von denen die untere mit einem Kraftaufnehmer gekoppelt ist und die obere mittels Spindeltrieb zur Aufbringung einer schleichend schwellenden Drucklast kontinuierlich nachgeführt wird. Die untere Auflage wird durch eine Rundplatte von 80 mm Durchmesser und die obere durch ein waagerechtes Rundeisen von 10 mm Durchmesser gebildet. Die Vorschubgeschwindigkeit für die obere Auflage beträgt 8 mm/min. Die Punktdruck- 4/11 österreichisches Patentamt AT509 072B1 2011-06-15 festigkeit wird als maximale Lastaufnahme eines grünen beziehungsweise eines gehärteten Presslings vor Bruch registriert - die Eintragungen in Tabelle 1 geben die mittlere Punktdruckfestigkeit bei Bruch infolge Punktdruckbelastung in Newton an. Es wurden jeweils sechs Grünpresslinge beziehungsweise Presslinge aus dem Mittenbereich und sechs Grünpresslinge beziehungsweise Presslinge aus dem Randbereich der in der Versuchs-Walzenpresse erhaltenen Verbände untersucht. Aus den bei diesen Untersuchungen gewonnenen Daten wurden Mittelwerte errechnet, wobei jeweils die Minimal- und Maximal-Werte unberücksichtigt gelassen wurden. Die Mittelwerte sind in Tabelle 1 angegeben. TABELLE 1

Versuch Nr. Bent [Gew%] w [Gew%] Behandlung SF grün SF n. 24 h (72 h)* SF getr. PDF grün PDF n. 24 h (72 h)* PDF getr. 1 10% IK 5% Kneten +H. 30 min 94 90 95 494 821 2188 2 10% IK 5% Mauken 120 min 92 96 89 159 331 941 3 10% IK 5% Mauken 240 min 89 96 91 139 287 797 4 10% IK 5% Kneten -H. 30 min 93 94 91 209 441 1056 5 10% VO 5% Kneten +H. 15 min 94 92 94 640 783 2129 6 10% VO 5% Mauken 60 min 93 97 92 112 191 784 7 10% TI 5% Kneten +H. 15 min 95 93 93 555 859 1987 8 10% TI 5% Mauken 60 min 91 97 80 147 295 722 9 10% CA 5% Kneten +H. 15 min 95 93* 93 261 835* 1551 10 10% CA 5% Mauken 60 min 85 95* 76 97 447* 1385 [0042] Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltener Pressling sowie die Verwendung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Presslinges als stückiger oxidischer Eisenträger zur Herstellung von Eisenschwamm oder flüssigem Roheisen. Die Herstellung von Eisenschwamm kann beispielsweise in einem Reduktionsschacht, einem Drehherd oder einem Drehrohr erfolgen, wobei der Eisenschwamm ein Zwischenprodukts zur Herstellung von flüssigem Roheisen ein einem Schmelzreduktionsprozess mittels eines Einschmelzvergasers darstellen kann. Dabei kann es sich auch im Schmelzreduktion-Direktreduktion-Verbundanlagen oder um Direktreduktion-Kohlevergasung-Verbundanlagen handeln.

[0043] Der Einsatz der Presslinge erfolgt bei dieser Verwendung in gleicher Weise wie der Einsatz andersartiger stückiger oxidischer Eisenträger.

[0044] Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Mischung auch eisenhaltige Hüttenwerks-Reststoffe, wie beispielsweise metallisierte Fe-Fines, Zunder wie beispielsweise Walzzunder, Hüttenstäube wie beispielsweise Hochofenstaub oder Konverterstaub oder BOF-Auswurf oder metallischer Schlackenfeinstaub oder EAF-Auswurf oder EAF-Staub, Hüttenschlämme wie beispielsweise Hochofenschlamm oder BOF-Schlamm oder Warmwalzwerksschlamm, Feineisen, Eisenspäne.

[0045] Gegebenfalls wird solches aus Entstaubungseinrichtungen oder Wäschern stammende Material einem Aufbereitungsschritt zur Anreicherung von Eisen unterworfen, bevor es erfin- 5/11 österreichisches Patentamt AT509 072B1 2011-06-15 dungsgemäß für das Herstellen von Presslingen genutzt wird. Bevorzugt umfasst die Mischung mindestens ein Mitglied der Gruppe [0046] - metallisierte Fe-Fines, [0047] - Zunder, [0048] - Hüttenstäube, [0049] - Hüttenschlämme, [0050] - Material, welches aus einem Prozess zur Stahlerzeugung stammt, bei welchem unter

Verwendung von erfindungsgemäß hergestellten Presslinge gewonnener Eisenschwamm und/oder Roheisen eingesetzt wird.

[0051] Dabei ist beispielsweise auch mit eingeschlossen, dass vom Eisenschwamm abgesiebtes unterkörniges Material genutzt wird.

[0052] Dabei ist beispielsweise auch mit eingeschlossen, dass bei einer, beispielsweise aus Wartungsgründen erfolgenden, Stilllegung eines Aggregates zur Gewinnung von Eisenschwamm und/oder Roheisen - beispielsweise einem Direktreduktionsschacht oder einem Einschmelzvergaser - anfallendes Material nach einer Siebung genutzt wird. Unter dem Begriff metallisierte Fe-Fines sind dabei feinkörnige metallisierte Eisen (Fe) -Träger zu verstehen, wobei mit feinkörnig Teilchendurchmesser bis zu 6 mm gemeint sind. Bevorzugt weisen die eisenhaltigen Hüttenwerks-Reststoffe einen kombinierten Gehalt von Eisen und von Kohlenstoff auf, der über 50 Gewichts% liegt. Ab welchem kombinierten Gehalt von Eisen und Kohlenstoff eine Nutzung in einem erfindungsgemäßen Verfahren wirtschaftlich sinnvoll ist, hängt jedoch von der anfallenden Menge der eisenhaltigen Hüttenwerks-Reststoffe und von den Deponiekosten für solche eisenhaltigen Hüttenwerks-Reststoffe ab. Bevorzugterweise wird dabei Material eingesetzt, welches aus einem Prozess zur Stahlerzeugung stammt, bei welchem unter Verwendung von erfindungsgemäß hergestellten Presslingen gewonnener Eisenschwamm und/oder Roheisen eingesetzt wird. Auf diese Weise können diese Hüttenwerks-Reststoffe in den zu ihrer Entstehung führenden Prozess rezykliert werden. Eine solche Rückführung ist lohnend, da Hüttenwerks-Reststoffe - wie beispielsweise metallisierte Fe-Fines, Zunder, Hüttenstäube, Hüttenschlämme -, hohe Anteile Eisen und/oder Kohlenstoff enthalten, und die rezyklierten Stoffe nicht kostenintensiv deponiert werden müssen. Im Reduktionsprozess führt das in den Hüttenreststoffen enthaltene Eisen zur Einsparung von Eisenerz und der Kohlenstoff zur Einsparung von Reduktionsmittel.

[0053] Bestimmte Hüttenwerks-Reststoffe, insbesondere Zunder, Feineisen, Eisenspäne, wirken aufgrund ihrer Kornform oder ihrer mechanischen Eigenschaften als strukturverstärkende Komponenten im Pressling, indem sie - mechanisch durch innere Reibung - den zur Zerstörung der Presslinge aufzubringenden Kraftaufwand erhöhen. Je größer dieser Kraftaufwand, desto größer die Festigkeit des Presslinges. Die strukturverstärkende Wirkung drückt sich in einer erhöhten Festigkeit der Presslinge aus. Die Betrachtung der Festigkeit erfolgt üblicherweise differenziert nach Kaltfestigkeit, welche die Festigkeit bei Raumtemperatur angibt, und Heißfestigkeit, welche die Festigkeit bei einer - durch die jeweiligen eingestellten Testbedingungen definierten - gegenüber Raumtemperatur erhöhten Temperatur angibt. Neben einer Verbesserung der Kaltfestigkeit von Presslingen durch eisenhaltige Hüttenwerks-Reststoffe kann auch die Heißfestigkeit von Presslingen - insbesondere unter den während der Reduktion gegebenen Bedingungen -durch eisenhaltige Hüttenwerks-Reststoffe verbessert werden. Der in manchen Hüttenreststoffen enthaltene Kohlenstoff kann beispielsweise bei Erhitzung des Presslinges Reduktionsreaktionen innerhalb der Presslinge auslösen, welche wiederum eine Verstärkung der Heißfestigkeit des Presslinges zur Folge hat. Bei einer gemeinsamen Verwendung von unterkörnigen oxidischen Eisenträgern und Hüttenwerks-Reststoffen zum Herstellen von Presslingen erhalten die Presslinge daher eine zusätzliche Festigkeit. Daher kann Binder - der ja zur Verleihung von Festigkeit im Pressling zugegen ist - eingespart und damit der Eintrag von inerten Stoffen beziehungsweise Schlackenbildnern in den Pressling begrenzt werden.

[0054] Mengenmäßig kann die Mischung die eisenhaltigen Hüttenwerks-Reststoffe in einer 6/11 österreichisches Patentamt AT509 072B1 2011-06-15

Menge von bis zu 100 Gewichts%, bezogen auf die Menge bezogen auf die Menge der unterkörnigen oxidischen Eisenträger, umfassen.

[0055] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Mischung auch feinteilchenförmiges hämatitisches und/oder limonitisches Material, wobei unter feinteilchenförmig eine Teilchendurchmesser von unter 6mm zu verstehen ist. Im Fall des Vorliegens von bei einem Reduktionsverfahren schwer reduzierbarem oxidischem Material - insbesondere in Form von Magnetit - können mit solchem Material verbundene Probleme der Reduktionskinetik dadurch überwunden werden, dass das schwer reduzierbare Material - vorliegend beispielsweise in Form von Magnetit - mit feinteilchenförmigem, bei dem gleichen Reduktionsverfahren leicht reduzierbarem Material - insbesondere vorliegend in Form von Hämatit oder Limonit - vermischt wird. Im Sinne von der österreichischen Patentschrift AT399887 ist durch diese Mischung eine Verbesserung der Reduktionskinetik zu erwarten.

[0056] Feinteilchenförmiges reduzierbares Material fällt in Anlagen zur Reduktion von oxidischen Eisenträgern mittels eines Reduktionsgases, beispielsweise Anlagen zur Durchführung von Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm, bei denen ein Direktreduktionsschacht mit Festbett eingesetzt wird, beispielsweise nach dem MIDREX®- oder HYL®-Verfahren, oder bei Schmelzreduktionsverfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen, unter Anderem in Form von Staub oder Schlamm aus Entstaubungseinrichtungen oder Wäschern zur Entstaubung von Topgas, von Reduktionsgas oder von Generatorgas an.

[0057] Ein Einsatz dieses Materials erhöht die Wirtschaftlichkeit eines Verfahrens zur Herstellung von Eisenschwamm oder flüssigem Roheisen aufgrund der Rückführung von Material in den Prozesskreislauf. Aus Gründen der Prozessökonomie ist es bevorzugt, dass die Mischung zum Herstellen von eisenoxidhältigen Presslingen auch bei der Entstaubung von Topgas, von Reduktionsgas, oder von Generatorgas einer Anlage zur Reduktion von oxidischen Eisenträgern mittels eines Reduktionsgases anfallendes feinteilchenförmiges Material umfasst.

[0058] Dabei ist unter Topgas ein Gas zu verstehen, das nach Erfüllung seiner Reduktionsaufgabe bezüglich der oxidischen Eisenträger aus dem mit oxidischen Eisenträgern gefüllten Aggregat, in welchem es seine Reduktionsaufgabe erfüllt hat, abgezogen wird. Beispielsweise im Fall einer Direktreduktion in einem Direktreduktionsschacht ist Topgas das Gas, das aus dem Direktreduktionsschacht ausgeführt wird.

[0059] Unter Generatorgas ist ein Gas zu verstehen, das in einem Einschmelzvergaser - oder in einem Kohlevergaser zur Herstellung eines für Direktreduktion von Eisenerz einzusetzenden Gases - durch Vergasung von Kohlenstoffträgern in Gegenwart von Sauerstoff gebildet wird. Bei Schmelzreduktionsverfahren wird ein solches Generatorgas vor seinem Einsatz als Reduktionsgas zur Reduktion von oxidischen Eisenträgern auf eine optimale Reduktionstemperatur gekühlt und entstaubt.

[0060] Reduktionsgas ist das Gas, mit dessen Hilfe die oxidischen Eisenträger reduziert werden, wobei es selber oxidiert wird.

[0061] Mittels Wäschern aus den Gasen gewonnener Schlamm fällt dadurch an, dass das Abwasser der Wäscher aufbereitet wird, wobei sich ausgewaschener Staub als Schlamm absetzt. Dieser Schlamm wird abgezogen und durch zumindest teilweise Entwässerung für den erfindungsgemäßen Einsatz vorbereitet. Gegebenenfalls kann die Entwässerung auch eine thermische Trocknung umfassen.

[0062] Wenn Schlamm in der unterkörnige oxidische Eisenträger, Bentonit als Binder, und Wasser umfassenden Mischung des erfindungsgemäßen Verfahrens zugegen ist, kann das Wasser der Mischung zumindest teilweise mittels des Schlamms in die Mischung eingebracht werden. Entsprechend wird dabei der Entwässerungsgrad des Schlamms gewählt.

[0063] Nach einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt während des Knetvorganges ein Beheizen der Mischung. Diese kann beispielsweise als indirekte Beheizung über das Gehäuse des Knetwerkes erfolgen, oder als Direktdampfbeheizung. Ein Vergleich der Versuche No. 1 und No. 4 in Tabelle 1 zeigt, dass ein Beheizen der Mischung während des Knetvorgangs posi- 7/11 österreichisches Patentamt AT509 072 B1 2011-06-15 tive Effekte hinsichtlich einer deutlich erhöhten Punktdruckfestigkeit hat.

[0064] Grundsätzlich kann durch das erfindungsgemäße Verfahren das Unterkorn und in Prozessschritten bei der Stahlherstellung aus Roheisen-Material - wie etwa DRI -anfallendes feinteilchenförmiges Material für die Erzeugung von Roheisen und Stahl erschlossen werden. Durch eine Rezyklierung von Material werden die Rohstoffe zu einem höheren Anteil in ein Endprodukt umgesetzt und dadurch faktisch billiger. Deponie oder Rückfrachtkosten, die bisher für Unterkorn und andere beim erfindungsgemäßen Herstellen von Presslingen genutzten Materialien vom DRI-, Roheisen- oder Stahlproduzenten mitbezahlt werden müssen, entfallen.

[0065] Zudem bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, schneller als beim Mauken zu den Presslingen zu gelangen.

[0066] Anhand der nachfolgenden beispielhaften schematischen Figuren werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung näher erläutert.

[0067] Figur 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung am Bei spiel einer Direktreduktionsanlage.

[0068] Figur 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung am Bei spiel einer Schmelzreduktionsanlage.

[0069] Figur 1 zeigt eine Direktreduktionsanlage schematisch. Es werden stückige Anteile oxidischer Eisenträger 1 in einem Direktreduktionsschacht 2 mit Festbett durch ein Reduktionsgas 3 zu direktreduziertem Eisen (DRI, direct reduced iron) reduziert. Das DRI wird nach Durchlaufen einer Kompaktierungsvorrichtung 4 als heißes brikettiertes Eisen (HBI, hot briquetted iron) einem Verbraucher zugeführt. Aus dem Direktreduktionsschacht 2 ausgeführtes Topgas wird in einer Entstaubungsvorrichtung 10, hier einem Gaswäscher, von seiner Staubfracht befreit. Aus den oxidischen Eisenträgern 1 wird vor der Chargierung ihrer stückigen Anteile 1a in den Direktreduktionsschacht 2 eine unterkörnige Fraktion 1 b, welche für den Einsatz im Direktreduktionsschacht 2 nicht geeignet ist, durch Siebung an einem Sieb 5 abgetrennt. In Figur 1 ist das Sieb unmittelbar vor dem Direktreduktionsschacht 2 angeordnet; grundsätzlich kann es sich selbstverständlich an beliebiger Stelle des Input-Pfades für oxidische Eisenträger befinden. Diese unterkörnige Fraktion 1b wird, gegebenenfalls nach einem Brechvorgang in einer in Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten Brechvorrichtung einer Mischvorrichtung 6 zugeführt. In der Mischvorrichtung 6 wird die unterkörnige Fraktion 1b mit Bentonit als Binder 12, mit unterkörnigem Material 7, welches bei der der Kompaktierungsvorrichtung 4 nachgeschalteten HBI-Absiebungsvorrichtung 8 anfällt, mit Reststoffen aus einem Stahlwerk 9 - im vorliegenden Fall metallisierte Fe-Fines und Zunder -, sowie mit Schlamm 19 aus der Entstaubungsvorrichtung 10, sowie mit Wasser 11 vermischt. Die aufgezählten Komponenten der in der Mischvorrichtung 6 hergestellten Mischung werden in zwei Schritten zusammengeführt. Es werden nämlich zuerst in einem ersten Schritt die festen Komponenten der Mischung - Bentonit als Binder 12, unterkörniges Material 7, Reststoffe aus einem Stahlwerk 9, Schlamm 19 aus der Entstaubungsvorrichtung 10 -vereinigt und vorgemischt, bevor in einem zweiten Schritt eine Zumischung von Wasser 11 zur Einstellung einer teigigen Konsistenz stattfindet. Der Schlamm 19 aus der Entstaubungsvorrichtung 10 wird vor der Vereinigung entwässert und thermisch getrocknet, was aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gesondert grafisch dargestellt ist. Nach der Vereinigung der festen Komponenten der Mischung in einem ersten Mischer der Mischvorrichtung 6 erfolgt die Zumischung von Wasser 11 in einem zweiten, dem ersten Mischer nachgeschalteten, Mischer. Die Mischung mit teigiger Konsistenz wird in einer Knetvorrichtung 13 für eine Dauer von 15 Minuten intensiv geknetet. Danach wird die geknetete Mischung einer Pressvorrichtung 14 zugeführt. Das Produkt der in der Pressvorrichtung 14 erfolgenden Pressung sind noch weiche Grünpresslinge. Die Härtung dieser Grünpresslinge erfolgt durch Lagerung an der Luft auf einem Lagerplatz 15 zumindest teilweise getrocknet und damit zu Presslingen gehärtet. Nach ihrer so erfolgten Härtung werden die bei der Härtung erhaltenen Presslinge dem Direktreduktionsschacht 2 zugeführt. Im Direktreduktionsschacht 2 werden die erfindungsgemäß hergestellten Presslinge in gleicherweise wie die stückigen Anteile 1a der oxidischen Eisenträger umgesetzt, 8/11 österreichisches Patentamt AT509 072B1 2011-06-15 [0070] Figur 2 zeigt eine Schmelzreduktionsanlage schematisch. Zu Figur 1 vergleichbare Elemente der Figur 2 sind mit denselben Bezugszeichen wie in Figur 1 versehen. Es werden stückige Anteile oxidischer Eisenträger 1 in eine Schmelzreduktionseinheit 16 chargiert. Die Schmelzreduktionseinheit 16 umfasst einen Einschmelzvergaser, in welchem Kohlenstoffträger in Gegenwart von Sauerstoff 20 vergast werden, um ein Reduktionsgas zu erhalten. Das Reduktionsgas wird in einen Schacht geleitet, der die stückigen Anteile der oxidischen Eisenträger 1 enthält. Beim Durchströmen dieses Schachtes findet eine zumindest teilweise Reduktion der stückigen Anteile der oxidischen Eisenträger statt. Das dermaßen vorreduzierte Material wird anschließend in den Einschmelzvergaser eingebracht, dort vollständig reduziert und geschmolzen. Das dabei entstehende flüssige Roheisen 17 wird aus dem Einschmelzvergaser abgestochen. Aus der Schmelzreduktionseinheit 16 ausgeführtes Topgas 18 wird in einer Entstaubungsvorrichtung 10, hier einem Gaswäscher, von seiner Staubfracht befreit. Bei einer zur Herstellung von Kühlgas erfolgenden nassen Entstaubung von Generatorgas aus dem Einschmelzvergaser anfallender Schlamm wird ebenso wie der Schlamm 19 verwendet, was aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nicht dargestellt ist Aus den oxidischen Eisenträgern 1 wird vor der Chargierung ihrer stückigen Anteile 1 a in den die Schmelzreduktionseinheit 16 eine unterkörnige Fraktion 1 b, welche für den Einsatz in der Schmelzreduktionseinheit 16 nicht geeignet ist, durch Siebung an einem Sieb 5 abgetrennt. Diese unterkörnige Fraktion 1b wird, gegebenenfalls nach einem Brechvorgang in einer in Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten Brechvorrichtung einer Mischvorrichtung 6 zugeführt. In der Mischvorrichtung 6 wird die unterkörnige Fraktion 1b mit Bentonit als Binder 12, mit Reststoffen aus einem Stahlwerk 9 - im vorliegenden Fall metallisierte Fe-Fines und Zunder -, sowie mit Schlamm aus der Entstaubungsvorrichtung 10, sowie mit Wasser 11 vermischt. Die aufgezählten Komponenten der in der Mischvorrichtung 6 hergestellten Mischung werden in zwei Schritten zusammengeführt. Es werden nämlich zuerst in einem ersten Schritt die festen Komponenten der Mischung -Bentonit als Binder 12, unterkörniges Material 23, Reststoffe aus einem Stahlwerk 9, Schlamm 19 aus der Entstaubungsvorrichtung 10 -vereinigt und vorgemischt, bevor in einem zweiten Schritt eine Zumischung von Wasser 11 zur Einstellung einer teigigen Konsistenz stattfindet. Der Schlamm 19 aus der Entstaubungsvorrichtung 10 wird vor der Vereinigung entwässert und thermisch getrocknet, was aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gesondert grafisch dargestellt ist. Nach der Vereinigung der festen Komponenten der Mischung in einem ersten Mischer der Mischvorrichtung 6 erfolgt die Zumischung von Wasser 11 in einem zweiten, dem ersten Mischer nachgeschalteten, Mischer. Die Mischung mit teigiger Konsistenz wird in einer Knetvorrichtung 13 für eine Dauer von 15 Minuten intensiv geknetet. Danach wird die geknetete Mischung einer Pressvorrichtung 14 zugeführt. Das Produkt der in der Pressvorrichtung 14 erfolgenden Pressung sind noch weiche Grünpresslinge. Die Härtung dieser Grünpresslinge erfolgt durch Lagerung an der Luft auf einem Lagerplatz 15, wo die Grünpresslinge zumindest teilweise getrocknet und damit zu Presslingen gehärtet werden. Nach ihrer so erfolgten Härtung werden die bei der Härtung erhaltenen Presslinge der Schmelzreduktionseinheit 16 zugeführt. In der Schmelzreduktionseinheit 16 werden die erfindungsgemäß hergestellten Presslinge in gleicherweise wie die stückigen Anteile 1a der oxidischen Eisenträger umgesetzt.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 oxidische Eisenträge 2 Direktreduktionsschacht 3 Reduktionsgas 4 Kompaktierungsvorrichtung 5 Sieb 6 Mischvorrichtung 7 unterkörniges Material 7 (welches bei der der Kompaktierungsvorrichtung 4 nachgeschalteten HBI-Absiebungsvorrichtung 8 anfällt) 8 HBI-Absiebungsvorrichtung 9 Reststoffe aus einem Stahlwerk 10 Entstaubungsvorrichtung 9/11

Claims (7)

1. AT509 072 B1 2011-06-15 österreichisches Patentamt 11 Wasser 12 Binder (Bentonit) 13 Knetvorrichtung 14 Pressvorrichtung 15 Lagerplatz 16 Schmelzreduktionseinheit 17 Flüssiges Roheisen 18 Topgas 19 Schlamm 20 Sauerstoff Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen von eisenoxidhältigen Presslingen aus unterkörnigen oxidischen Eisenträgern durch Herstellung einer Mischung, welche die unterkörnigen oxidischen Eisenträger, Bentonit als Binder, und Wasser umfasst, Pressung der Mischung, und Härtung der bei der Pressung erhaltenen Grünpresslinge, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung nach Zusammenführung ihrer Komponenten einem mindestens 3- minütigen, bevorzugt mindestens 5-minütigen, bis zu 30 minütigen, bevorzugt bis zu 20 minütigen, besonders bevorzugt bis zu 15 minütigen Knetvorgang unterworfen wird, an den sich die Pressung anschließt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung 3 bis 12 Ge-wichts% Bentonit, bezogen auf die Menge der unterkörnigen oxidischen Eisenträger, umfasst.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung auch eisenhaltige Hüttenwerks-Reststoffe, bevorzugterweise mindestens ein Mitglied der Gruppe - metallisierte Fe-Fines, - Zunder, - Hüttenstäube, - Hüttenschlämme, - Material, welches aus einem Prozess zur Stahlerzeugung stammt, bei welchem unter Verwendung von erfindungsgemäß hergestellten Presslingen gewonnener Eisenschwamm und/oder gewonnenes Roheisen eingesetzt wird, umfasst.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung auch feinteilchenförmiges hämatitisches und/oder limonitisches Material umfasst.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung auch bei der Entstaubung von Topgas, von Reduktionsgas, oder von Generatorgas einer Anlage zur Reduktion von oxidischen Eisenträgern mittels eines Reduktionsgases anfallendes feinteilchenförmiges Material umfasst.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während des Knetvorganges ein Beheizen der Mischung erfolgt.
7. 7. Verwendung eines durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 erhältlichen Presslinges als stückiger oxidischer Eisenträger zur Herstellung von Eisenschwamm oder flüssigem Roheisen. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 10/11