Verfahren zur Herstellung von vorreduzierten Eisenerzformkörpern Es ist bekannt, feinkörnige oxydische Eisenerze in Niederschachtöfen einzuschmelzen. Dabei ist es notwendig, die Erze in Form von vorgebildeten Formkörpern mit eingebundenem Kohlenstoff einzu- setzen. Eine Abart des bekannten Niederschachtofens ist der Elektroverhüttungsofen, bei dem es ebenfalls vorteilhaft ist,
als Einsatz Formkörper aus Eisen erzen und eingebundenem Kohlenstoff zu verwenden und bei dem der Wärmeaufwand der endothermen Reaktion durch elektrische Energie gedeckt wird.
Zur Herstellung von Formkörpern mit einge bundenem Kohlenstoff sind verschiedene Verfahren bekannt. Diese bekannten Verfahren bestehen im wesentlichen im Zusammenbrikettieren oder -pelle- tisieren des Erzes mit kohlenstoffhaltigem Brenn stoff, gegebenenfalls unter Verwendung eines orga nischen oder anorganischen Bindemittels, wie Mergel, Bitumen usw. Es ist auch bekannt, als Brennstoff backende Kohle zu verwenden, die durch eine Wärmebehandlung des Formkörpers gleichzeitig ge schwelt und verkokt wird, während der Eisengehalt vorreduziert wird.
Die Vorreduktion erfolgt nach die sen bekannten Verfahren, soweit sie überhaupt vorge nommen wird, im Drehrohrofen. Als Formkörper mit eingebundenem Kohlenstoff sind im nachstehenden nur solche zu verstehen, deren Kohlenstoffgehalt als Reduktionsmittel in technisch nennenswertem Aus mass wirksam werden kann, d. h. also solche, deren Kohlenstoffgehalt mindestens 2 ö beträgt.
Nicht zum bekannten Stand der Technik ge hörende Vorschläge sehen vor, vorreduzierte Form körper mit eingebundenem Kohlenstoff, in denen ein Teil des Eisens bis zu Metall reduziert vorliegt, dadurch herzustellen, dass eine Mischung aus dem zu verarbeitenden Eisenerz mit kohlenstoffhaltigem Brennstoff, gegebenenfalls unter weiterem Zusatz von Zuschlagstoffen für die Verschlackung der Gang art, in an sich bekannter Weise durch Befeuchtung mit Wasser und Durchmischung zu einer krümeligen gasdurchlässigen Masse geformt und diese Masse einem Sinterband aufgegeben wird,
auf dem sie nach Zündung durch Hindurchsaugen sauerstoffhaltiger Gase unter Verbrennung eines Teils des festen Kohlenstoffs gesintert und vorreduziert wird. Ge gebenenfalls kann ein Teil der erforderlichen Wärme durch heisse Gase eingebracht werden, die vor oder gleichzeitig mit dem Hindurchsaugen der sauerstoff haltigen Gase durch die Beschickung hindurchgesaugt werden.
Die Durchsatzleistung des Sinterbandes beträgt bei diesen nicht zum bekannten Stand der Technik gehörenden Verfahren 8-14 t/m2 Sinterfläche und 24-Stunden-Tag. Der erhaltene Sinterkuchen ist gut durchreduziert und hat ausreichend hohe Gehalte an Rest-Kohlenstoff. Gesamtreduktionsgrade von etwa <B>50%</B> Sauerstoffabbau und einem Metallgehalt von 20-40% des Eisenvorlaufs und Rest-Kohlenstoffge- halte von 5-12% können ohne weiteres erzielt wer den.
Der Brennstoffverbrauch beträgt je nach dem gewünschten Rest Kohlenstoffgehalt bzw. Reduk tionsgrad ohne Zuheizung 500-1200 g C je kg Eisen 'bei Sinterung ausschliesslich mit festem Brennstoff und 400-700 g C bei gleichzeitiger Anwendung hei sser Gase. Die mechanische Festigkeit des erhaltenen Sinters lässt allerdings häufig zu wünschen übrig, ins besonders ist der Feinanteil entweder unmittelbar nach der Herstellung oder nach weiterer Handhabung verhältnismässig hoch.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Verbesserung der beschriebenen, nicht bekannten Verfahren, die es ermöglicht, ein qualitativ besseres Fertigprodukt bei höherem Durchsatz und niedri gerem Brennstoffverbrauch zu gewinnen.
Grundlage für die Erfindung ist die überraschende Erkenntnis, dass beim gleichzeitigen Vorreduzieren und Hart brennen von Pellets die Durchsatzleistung je m2 Sinterfläche und Tag höher gehalten werden kann als beim Sintern der gleichen Erzbrennstoffmischung, obwohl es bekannt ist, dass beim normalen Pellets- brennen die Durchsatzleistung nicht so hoch gehalten werden kann wie beim normalen Sintern.
Durchsatz leistungen von 18-25 t/m2 Sinterfläche <B>-</B>Tag sind je nach dem Durchmesser der eingesetzten Pellets, und zwar bei Deckung eines Teils des Wärmeverbrauchs durch heisse Gase, auch im Dauerbetrieb aufrecht zuerhalten.
Die vorliegende Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zur Herstellung von vorreduzierten Eisen- erzformkörpern mit in diesen enthaltenem Kohlen stoff durch Hartbrennen und Vorreduzieren und ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorreduktion des Eiseninhaltes von Grünpellets mit in diesen enthal tenem kohlenstoffhaltigem Brennstoff teilweise bis zu metallischem Eisen unter gleichzeitiger Verbren nung eines Teils des im Pellet enthaltenen kohlen stoffhaltigen Brennstoffs durch Hindurchleiten oxy dierender<I>Gase</I> durch die auf einem Rost, vorzugs weise einem Wanderrost, aufgebrachte Pelletschicht erfolgt,
welche gleichzeitig oder vorher durch Hin durchsaugen von Heissgasen aufgeheizt wird. Dieses Hindurchsaugen heisser Gase kann vor der Zündung und dem Hindurchsaugen der sauerstoffhaltigen Gase vorgenommen werden, vorzugsweise werden jedoch den heissen Gasen gleich so viel sauerstoffhaltige Gase zugesetzt, dass gleichzeitig mit der Erhitzung durch die hindurchgesaugten Heissgase die Verbrennung eines Teils des zugesetzten festen Brennstoffs bewirkt wird.
Ausserdem ermöglicht es die erfindungsgemässe Arbeitsweise, die treibende Druckdifferenz kleiner zu halten als beim Vorreduzieren und Sintern einer krümeligen Mischung, und zwar kommt man je nach der angewendeten Pelletgrösse mit Druckdifferenzen von 100-300, im allgemeinen 100-200 mm WS aus, während beim Vorreduzieren und Sintern einer krü meligen Mischung Druckdifferenzen von 800 bis 1500 mm WS erforderlich sind.
Diese erhebliche Verringerung der treibenden Druckdifferenz bedeutet eine dementsprechende Ersparnis an mechanischer Energie und der Investitionskosten für die Gebläse. Das Fertigprodukt des erfindungsgemässen Verfah rens besteht hauptsächlich aus zusammenhängenden, miteinander verschweissten Kugeln, deren Kugelge stalt weitgehend. erhalten geblieben ist, neben ein- zelnen losen Kugeln, die aber ebenso wie die zu sammenhängenden Stücke eine hohe mechanische Festigkeit haben.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass das Fertigprodukt im allgemeinen eine noch gleichmässigere Zusammenset zung sowohl bezüglich der Eisen- wie auch der Rest- Kohlenstoffverteilung hat als der vorreduzierte Sinter.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass beim gleichen Brennstoffverbrauch ein höherer Reduk tionsgrad erzielbar ist als bei der Herstellung des vorreduzierten Sinters mit eingebundenem Kohlen stoff.
Der Rest-Kohlenstoffgehalt kann gemäss einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ausser durch die Einstellung des Brennstoffzusatzes bei der Her stellung der Pellets und des Sauerstoffgehaltes der zum Brennen und Vorreduzieren verwendeten Gase sehr genau durch Einstellung des Pelletsdurchmessers geregelt werden. Grössere Pellets geben bei sonst gleichen Bedingungen ein Fertigprodukt mit höherem Rest-Kohlenstoffgehalt und niedrigerem Reduktions grad.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Beschickung des Sinterbandes aus Pellets verschiedenen Durchmessers aufzubauen, vorzugs weise in der Weise, dass die grösseren Pellets in die oberen und die kleineren in die unteren Schichten ge bracht werden. Diese Arbeitsweise hat den Vorteil, dass der Rest-Kohlenstoffgehalt und Reduktionsgrad des Fertigproduktes besonders gleichmässig werden.
Gleichzeitig oder unabhängig von dieser Massnahme ist es jedoch möglich, den Kohlenstoffgehalt in der Beschickung des Rostes von oben nach unten ab nehmen zu lassen. Vorteilhaft ist es weiter, in jeder Schicht Pell'ets möglichst gleichmässigen Durchmes sers zu verwenden. Im allgemeinen sind für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens Pelletsgrössen von 5-15 mm, vorzugsweise von 6-10 mm, die geeignetesten. Es ist zweckmässig,
der zu pelletisierenden Mischung vor oder während der Pelletisierung die zur Verschlackung der Gangart er forderlichen Zuschläge gleich einzuverleiben, um selbstgängige Pellets zu erhalten. Dabei ist es vor teilhaft, einen eventuell notwendigen Kalkzuschlag mindestens teilweise in Form von Ca(OH)z einzu bringen, weil dann bei gleichem Kohlenstoffverbrauch ein höherer Reduktionsgrad erzielt werden kann.
Ebenso kann man durch den an sich bekannten schalenförmigen Aufbau der Pellets mit verschie denem Brennstoffgehalt im Kern und den Aussen schichten das Verhältnis von Rest Kohlenstoff zu der während des Brennens verbrauchten Kohlen stoffmenge einstellen.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Er findung kann der bekannte Rostbelag aus fertig gebrannten Pellets durch Grünpellets mit einem nied rigeren Kohlenstoffgehalt als dem der in den oberen Schichten befindlichen, vorzugsweise durch Grün- pellets ganz ohne Kohlenstoffsatz ersetzt werden.
Diese Unterschicht schützt den Rost ebenso wirksam vor Überhitzung wie ein Rostbelag aus fertigge branntem Material und macht die Abwärme der aus den Oberschichten auftretenden Gase in be sonders wirkungsvoller Weise für die Vortrocknung und teilweise Härtung und Vorreduktion nutzbar. Mann kann die erfindungsgemässe Herstellung auch mit der Verflüchtigung verflüchtigungsfähiger Metalle, wie As, Pb und Zn, verbinden,
indem vor der Zündung und dem Hindurchleiten der sauer stoffhaltigen Gase die Beschickung des Sinterbandes durch Hindurchsaugen sauerstofffreier oder reduzie render Heissgase auf mindestens die Verflüchtigungs- temperatur, zweckmässig bis knapp unter die Hart- brenntemperatur, also auf über 800 C, vorzugsweise 1000-1200 C, erhitzt wird, bevor durch Hindurch saugen sauerstoffhaltiger Gase und Verbrennung eines Teils des eingebundenen Kohlenstoffs die Pellets bis auf Hartbrenntemperatur,
das ist etwa 1200 bis 1400 C, weiter erhitzt werden. Auch ist es möglich, die Verflüchtigung durch den an sich bekannten Zusatz von Verflüchtigungsmitteln, sei es in der festen, sei es in der Gasphase, zu vervollständigen.
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht weiter vor, während der Phase des Prozesses, in den ein Teil des zugesetzten festen Brennstoffs durch Hindurchsaugen sauerstoffhaltiger Gase verbrannt wird, der Reihe nach sauerstoffhaltige Gase mit ver schiedenem Sauerstoffgehalt und/oder verschiedener Temperatur durch die Beschickung hindurchzusau- gen. Diese Abänderung des erfindungsgemässen Ver fahrens ermöglicht es,
den Temperaturgang während des Brennens und Reduzierens sowie den Kohlenstoff verbrauch in den einzelnen Phasen besonders genau zu regulieren.
Das Verfahren ist nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele im Laboratoriumsmassstab nä her erläutert.
Ausführungsbeispiel <I>1</I> (Teilverbrennung des C nach der Aufheizung) Als Erz wurde ein Pyritabbrand mit 58 % Ge samteisen und einer Korngrösse von 0-8 mm ver wendet. 30,2 kg dieses Erzes wurden mit 8,75 kg Koks mit einem C-Gehalt von 85 % und 3,11 kg Kalkstein im Mischer trocken vermischt. Alle Kom ponenten waren vorher auf Pelletisierfeinheit aufgemahlen. Dementsprechend betrugen die Anteile > 0,2 mm beim Erz 1 %, bei der Kohle 12 % und beim Kalkstein 12 %.
Die fertige trockene Mischung wurde einem Gra- nulierteller aufgegeben und dort unter Besprühen mit Wasser zu kugelförmigen Pellets mit einem Durchmesser von 8-10 mm und einem Feuchtig keitsgehalt von 13 % verformt. Diese Pellets wurden anschliessend bei 100-120 C an der Luft bis auf einen Rest-Feuchtigkeitsgehalt von 1,0 % H20 getrocknet.
Die getrockneten Pellets, die eine Druckfestigkeit von 5 kg/Pellet hatten, wurden einer 0,16 m2 grossen Sinterpfanne aufgegeben, deren Rost vorher mit einem Rostbelag von 12,7 kg hartgebrannten Eisen- erzpellets aus einem vorherigen Versuch bedeckt worden war. Die Gesamtbeschickungshöhe betrug 20-23 cm.
Beim geschilderten Versuch wurde gleichzeitig gesintert und vorreduziert, aber in zwei zeitlich auf einanderfolgenden Stufen gearbeitet. Zunächst wurde die Beschickung mit etwa 1000 C heissen sauerstoff armen Gasen mit einem Sauerstoffgehalt von 2-4 %, die durch Verbrennung von Leichtöl erzeugt worden waren, 10 Minuten lang aufgeheizt. Anschliessend wurde 5 Minuten lang Luft hindurchgesaugt, wo durch der Kohlenstoffgehalt des Einsatzes gezündet und zum Teil verbrannt wurde. Während beiden Stufen lag der Druckabfall zwischen 100 und 200 mm WS.
Das Fertigprodukt wurde unter Stickstoff abge kühlt und hierauf bemustert. Es wurde der Gehalt an Gesamteisen, metallischem Eisen, Fe++ und C analytisch festgestellt und aus den Analyseergebnissen Sauerstoffabbau, Reduktionsgrad und thermischer Wirkungsgrad des Kohlenstoffs berechnet.
Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengestellt. Die Tabelle enthält auch die Er gebnisse zweier weiterer Versuche, die mit gleichem Kohlenstoffgehalt in der Beschickung, jedoch ohne Pelletisierung, sondern mit einfacher Krümelung durch Befeuchten und Mischen im Eirichmischer, und, zwar mit und ohne Aufheizung mit heissen Gasen, durchgeführt worden waren.
EMI0003.0069
<I>Tabelle <SEP> 1</I>
<tb> Aufheizung <SEP> kg <SEP> C/kg <SEP> Fe <SEP> d <SEP> p <SEP> Red. <SEP> Grad <SEP> Rest-C <SEP> Fe <SEP> met.
<tb> mm <SEP> WS <SEP> % <SEP> OZ-Abbau <SEP> Gew.% <SEP> Anteil <SEP> %
<tb> Pellets <SEP> 8-10 <SEP> mm <SEP> mit <SEP> 0,50 <SEP> 100-200 <SEP> 53,0 <SEP> 4,9 <SEP> 42,0
<tb> Gekrümelte <SEP> Mischung <SEP> mit <SEP> 0,50 <SEP> 800 <SEP> 34,5 <SEP> 8,2 <SEP> 20,0
<tb> Gekrümelte <SEP> Mischung <SEP> ohne <SEP> 0,50 <SEP> 800 <SEP> 23,2 <SEP> 3,8 <SEP> 8,1 Ausführungsbeispiel <I>2</I> (Teilverbrennung des C nach der Beschickung, aber mit anderem Pelletsradius als Ausführungsbeispiel 1)
Aus einer nach dem gleichen Verfahren herge stellten Mischung wie in Ausführungsbeispiel 1 be schrieben wurden Pellets mit anderen Durchmessern hergestellt und in gleicher Weise wie bei dem in der ersten Zeile der Tabelle 1 beschriebenen Ver such gesintert und reduziert.
Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 zusammengestellt
EMI0004.0001
<I>Tabelle <SEP> 2</I>
<tb> Pellet <SEP> 0 <SEP> d <SEP> Red. <SEP> Grad <SEP> Rest-C <SEP> Fe <SEP> met.
<tb> mm <SEP> kg <SEP> C <SEP> / <SEP> kg <SEP> Fe <SEP> mm <SEP> WS <SEP> % <SEP> 02-Abbau <SEP> Gew. <SEP> % <SEP> Anteil
<tb> 6-8 <SEP> 0,40 <SEP> 100-200 <SEP> 44,0 <SEP> 4,2 <SEP> 33,0
<tb> 14-16 <SEP> 0,40 <SEP> 100-200 <SEP> 36,0 <SEP> 7,0 <SEP> 24,0 Man erkennt, dass eine Vergrösserung des Pellets- durchmessers bei sonst gleichen Bedingungen einen höheren Rest Kohlenstoffgehalt und niedrigeren Re duktionsgrad des Fertigproduktes ergibt.
Ausführungsbeispiel <I>3</I> (Teilverbrennung des C gleichzeitig mit der Ruf heizung) Bei diesem Versuch wurde die gleiche Sinter pfanne wie in den Ausführungsbeispielen 1 und 2 verwendet. Sie wurde mit Pellets von 6-8 mm Durchmesser, wie sie beim ersten Versuch des Aus führungsbeispieles 2 verwendet wurden, in gleicher Weise chargiert wie bei den vorhergehenden Aus führungsbeispielen. Zum Unterschied von den Aus führungsbeispielen 1 und 2 wurde bei diesem Ver such aber die Teilverbrennung des Kohlenstoffs gleichzeitig mit der Aufheizung durch die heissen Gase bewirkt.
Zu diesem Zweck wurden 18 Minuten lang l100 C heisse Gase, die einen mittleren Sauer stoffgehalt von 6 % besassen, bei einem Druckabfall von 100-200 mm WS durch die Beschickung hin durchgesaugt, so dass diese gleichzeitig aufgeheizt und ein Teil des Kohlenstoffs verbrannt wurde. Anschliessend wurde wieder unter Stickstoff abge kühlt und wie in den Ausführungsbeispielen 1 und 2 bemustert und analysiert.
Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in der Zeile 1 der Tabelle 3 wiedergegeben, welche zum Vergleich in der Zeile 2 die Ergebnisse eines Versuchs unter sonst gleichen Bedingungen zeigt, bei dem die ge samte Behandlungszeit in eine Aufheizstufe mit sauerstoffarmen Gasen und eine Teilverbrennungs- stufe mit Luft zerlegt worden war.
EMI0004.0021
kg <SEP> C/kg <SEP> Fe <SEP> Red. <SEP> Grad <SEP> C-Gehalt <SEP> met. <SEP> Fe
<tb> <B>02-Abbau</B> <SEP> Gew. <SEP> % <SEP> Anteil
<tb> a) <SEP> 18 <SEP> min <SEP> Heissgas <SEP> (6 <SEP> % <SEP> 02) <SEP> 0,30 <SEP> 30 <SEP> 3,5 <SEP> 17,5
<tb> b) <SEP> 10 <SEP> min <SEP> Heissgas <SEP> + <SEP> 8 <SEP> min <SEP> Luft <SEP> 0,30 <SEP> 34 <SEP> 4,0 <SEP> 19,0