DD274055A5 - Verfahren zur herstellung von geschmolzenem roheisen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geschmolzenem Roheisen oder Stahlvormaterial. Hierbei wird Eisenerz zunaechst mittels eines Reduktionsgases zumindest teilweise zu Eisenschwamm reduziert und anschliessend in einem Einschmelzvergaser aufgeschmolzen und gegebenenfalls fertigreduziert. Dem Einschmelzvergaser werden neben dem Eisenschwamm zumindest teilweise durch ein heisses Gas entgaste Kohle und sauerstoffhaltiges Gas zugefuehrt. Das hierzu verwendete Heissgas wird aus dem bei der Entgasung entstehenden Gas und einem zugefuehrten sauerstoffhaltigen Gas gebildet. Als sauerstoffhaltiges Gas dient vorzugsweise Luft, die durch das bei der Entgasung entstehende Gas vorgewaermt werden kann. Figur
Description
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von geschmolzenem Roheisen oder Stahlvormf terial bei dem Eisenerz zunächst mittels eines Reduktionsgases zumindest teilweise zu Eisenschwamm reduziert und anschließend in einem Einschmelzvergaser aufgeschmolzen und ggf. fertig reduziert wird, wobei dem Einschmelzvergas'" neben dem Eisenschwamm zumindest teilweise durch ein heißes Gas entgaste Kohle und sauerstoffhaltiges Gas zugefühit werden.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Ein derartiges Verfahren benötigt für die direkte Einbringung in den Einschmelzvergaser Kohlen mit einem Gehalt an flüchtigen Bes\andteilen von weniger als 40% (waf.) Kohlen, die einen höheren Antei1 an flüchtigen Bestandteilen besitzen, müssen daher mit Kohlen höherer Qualität gemischt werden oder sie müssen zunächst in Koks bzw. Halbkoks umgewandelt werden, zum Beispiel in Braunkohlenhochtemperaturkoks.
Aus der DE-OS 3345107 ist ein Verfahren zum Schmelzen von zumindest teilweise reduziertem Eisenerz, insbesondere Eisenschwamm, in einem Einschmelzvergaser bekannt. In dem Einschmelzvergaser werden aus eingebrachter Kohle und eingeblasenem sauerstoff haltigem Gas die zum Schmelzen des reduzierten Eisenerzes erforderliche Temperatur, Wärme und Reduktionsgas erzeugt. Um auch Kohlen mit einem relativ hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen für dieses Verfahren verwenden zu können, wird diese vor dem Einbringen in den Einschmelzvergaser verkokt bzw. weitgehend von den flüchtigen Bestandteilen befreit und anschließend mit ihrer fühlbaren Wärme in den Einschmelzvorgaser eingebracht. Das Verkoken erfolgt in einem Herdofen, wobei zu dessen Beheizung vorzugsweise die im Einschmelzvergaser erzeugten Reduktionsgase verwendet werden. Die Verkokung in Herdofen ist wegen ihres geringen Durchsatzes jedoch teuer und umweltbelastend, da sich hierbei Teer, Phenole und ähnliche schädliche Substanzen bilden.
Aus der AT-PS 380697 ist ebenfalls ein Verfahren zum Schmelzen von zumindest teilweise reduziertem Eisenerz in einem Einschmelzvergaser bekannt, bei dem die Entgasung der einzubringenden Kohle in einem mit dem Kopf des Einschmelzvergasers verbundenen Entgasungsre?ktor vorgenomr .n wird, dem die heißen Abgase des nachfolgenden Einschmelzvergasers, Sauerstoff und gegebenenfalls Gichtgas aus der Erzreduktion zugeführt werden. Das aus dem Entgasungsreaktor austretende Gas wird nach einer Entstaubung einem Reduktionsschachtofen zur mindestens teilweisen Reduzierung des Eisenerzes zugeführt. Dieses Gas muß also einen erheblichen Anteil von reduzierenden Bestandteilen, d. h. CO und H2 enthalten. Der Entgasungsprozeß muß somit entsprechend gesteuert werden, was bedeutet, daß ein Teil der eingebrachten Kohle verbrannt werden muß. Außerdem werden auch die bei der Entgasung entstehenden unerwünschten Stoffe wie Teer und dergleichen in den Reduktionsschachtofen geleitet, was zu einer Behinderung des Reduktionsprozesses führt. Bei der Entgasung der Kohle vom Gas aufgenommener Schwefel sollte aus diesem vor der Einführung in tien Reduktionsschachtofen entfernt werden, wodurch sich eine Erhöhung des apparativen Aufwandes ergibt.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, den Aufwand für die Herstelung von geschmolzenem Roheisen zu senken.
Darlequng des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von geschmolzenem Roheisen, bei dem Eisenerz zunächst mittels eines Reduktionsgases zumindest teilweise zu Eisenschwamm reduziert und anschließend in einem Einschmelzvergaser aufgeschmolzen und ggf. fertig reduziert wird, wobei dem Einschmelzvergaser neben dem Eisenschwamm zumindest teilweise durch ein heißes Gas entgaste Kohle und sauerstoffhaltiges Gas zugeführt werden, so zu verbessern, daß die Entgasung der Kohle möglichst ohne Verbrennung eines Teiles dieser Kohle erfolgt und trotzdem der Reduktionsvorgang mit einem Gas durchgeführt wird, daß den Erfordernissen dieses Vorgangs in bestmöglicher Weise entspricht. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Heißgas aus dem bei der Entgasung entstehenden Gas und einem zugeführten sauerstoffhaltigen Gas gebildet wird.
Da das zur Entgasung verwendete Heißgas aus dem bei der Entgasung entstehenden Gas und einem zugeführten sauerstoffhaltigen Gas gebildet wird, d. h. das zur Entgasung benötigte Heißgas im wesentlichen aus der Entgasung selbst gewonnen wird, ist weder eine Toilvorbrennung der Kohle bei der Entgasung erforderlich noch muß Energie von außen zugeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet somit in bezug auf den Einsatz von Energieträgern sehr sparsam. Vorzugsweise wird zur Bildung des Heißgases zusätzlich bei der Reduktion des Eisenerzes entstandenes Gichtgas verwendet. Hierdurch können die im Gichtgas enthaltene thermische Energie und dessen Vorbrennungsenergie für den Entgasungsvorgang genutzt werden.
Das bei der Erzeugung des Heißgases eingesetzte sauerstoffhaltige Gas besteht vorzugsweise aus Luft, die durch das bei der Entgasung entstehende Gas durch Wärmotausch vorgewärmt sein kann. Das bei der Entgasung entstehende Gas wird zur Vermeidung einer Teerbildung durch Nachverbrennung auf einem bestimmten Temperaturniveau gehalten. Die Entgasung wird in einem Wirbelbett vorgenommen. Das bei der Entgasung entstehende Gas wird zweckmäßig gereinigt und die dabei abgeschiedenen Feststoffe werden direkt in den Einschmelzvergaser geleitet. Der Kohle wirr1, vor der Entgasung ein Entschwefelungsmittels zugegeben. Das im Einschmelzvergaser erzeugte Gas wird als Reduktionsgas verwendet. Zur Bildung des Heißgases wird zusätzlich bei der Reduktion des Eisenerze? entstandenes Gichtgas verwendet.
Die Vorrichtung zur Herstellung von geschmolzenem Roheisen ist dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Einschmelzvergaser über eine Koksförderleitung verbundener Entgasungsreaktor vorgesehen ist.
Der Entgasungsreaktor ist mit einem eine Brennkammer enthaltenden Heißgaserzeuger verbunden und für die Zuführung des Heißgases mit Keramik-Düsensteinen versehen.
Der Entgasungsreaktor ist ein Wirbelschichtreaktor.
In weiterer Ausbildung ist der Entgasungsreaktor für den Koksaustrag mit radialen Förderschnecken verschen.
Der Gasdruck im Entgasungsreaktor ist auf den Gasdruck im Kopf des Einschmelzvergasers eingestellt.
Im Entgasungsreaktor ist im Bereich des Gasauslasses eine Einlaßleitung für Verbrenrvnnsluft vorgesehen.
Der Entgasungsreaktor ist zusätzlich zur Vorreduktion von Eisenerz vorgesehen.
Dem Entgasungsreaktor ist ein Zyklon zur Abscheidung von vor reduziertem Eisenerz nachgeschaltet und der Feststoff auslaß des Zyklons ist mit dem Einschmelzvergitser verbunden.
Im Entgasungsreaktor sind mehrere Wirbelschichten für dia Entgasung der Kohle und die Vorreduktion des Eisenerzes ausgebildet.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichung zeigt eine Eisenerzreduktionsanlage, in der Eisenerz in geschmolzenes Roheisen umgewandelt wird.
In einen Reduktionsschachtofen 1 werden über eine Einfüllvorrichtung 2 Eisenerz und etwaige Zuschlagstoffe eingegeben. Über eine untere Austrittsöffnung 3 wird durch die Reduktion des Eisenerzes gewonnener Eisenschwamm ausgetragen. Zur Durchführung der Reduktion wird dem Reduktionsschachtofen 1 ind der sogenannten Bustle-Ebene über Einlaßöffnungen 4 Reduktionsgas zugeführt, das dem im Reduktionsschachtofün 1 herabsinkenden oxidischen Eisenerz nach oben entgegenströmt und dieses dhbei im Wege der Direktreduktion zu Eisenschwamm reduziert. Das Reduktionsgas enthält reduzierende Bestandteile wie CO und H2. Weiterhin besitzt es eine für dei Reduktion geeignete Temperatur, die etwa im Bereich zwischen 750 und 3500C liegt. Das verbrauchte Reduktionsgas wird als Gichtgas durch eine obere Auslaßöffnung 5 des Reduktionsschachtofens 1 abgezogen und in einem Wäscher 6 gereinigt sowie gegebenenfalls von CO2 befreit, bevor es in geeigneter Weise weitervarwendet wird.
Der Eisenschwamm gelangt aus dem Reduktionsschachtofen 1 vorzugsweise über Fallrohre in einen Einschmelzvergaser 7. Er fällt von oben auf ein Wirbelbett, das durch im unteren Bereich des Einschmelzvergesers 7 über Einlaßöffnungen 8 eingeblasenes sauerstoffhaltigen Gas aufrechterhalten wird. Es werden weiterhin von oben in dan Einschmelzvergaser 7 über eine Einfüllöffnung 9 Koks und über eine Einfüllöffnung 10 gegebenenfalls Kohle eingegeben.
Durch die Verbrennung des Kokses sowie gegebenenfalls der Kohle unter der Einwirkung des sauerstoffhaltigen Gases im Wirbelbett wird so viel Wärme erzeugt, daß der Eisenschwamm schmilzt. Im geschmolzenen Zustand wird er durch den Kohlenstoff fertigreduziert, so daß sich am Boden des Einschmelzvergasors 7 eine Roheisenschmelze ansammelt. Über der Roheisenschmelze sammelt sich flüssige Schlacke. Die se beiden Schmelzen werden in vorgegebenen Zeitabständen über verschiedene, vorzugsweise in unterschiedlichen Höhen angeordnete Auslaßöffnungen 11 abgezogen. Bei der Verbrennung des Kokses und gegebenenfalls dtr Kohle im Einschmelzvergaser 7 entstehen weiterhin reduzierende Bestandteile, vorzugsweise CO enthaltendes heißes Gas, das über eine Auslaßöffnung 12 im Kopf do3 Einschmelzvergasers 7 herausgeführt und in einem Zyklon 13 gereinigt wird, bevor es als Reduktionsgas über die Einlaßöffnungen 4 in den Reduktionsschachtofen 1 geleitet wird. Die im Zyklon 13 aus dem Gas abgeschiedenen Feststoffe werden vorzugsweise in Höhe des Wirbelbettes wieder in den Einschmelzvergaser 7 zurückgeführt.
Der in den Einschmelzvergaser 7 eingegebene Koks wird aus Kohle mti einem hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen, beispielsweise mehr als 40% (waf.), gewonnen. Hierzu wird die Kohle über eine Einlaßöffnung 14 in einen Entgasungsreaktor 15 eingegeben, in dem die Kohle der Einwirkung eines Heißgases unterworfen und hierdurch entgast wird. Das Heißgas wird über Einlaßöffnungen 16 im unteren Bereich des Entgasungsreaktors 15 eingeblasen, so daß sich vorzugsweise ein Wirbelbfttim Entgasungsreaktor 15 ausbildet. Es sind mehrere in gleicher Höhe angeordnete Einlaßöffnungen 16 vorgesehen, die düsenförmig ausgebildet und durch eine Ringleitung miteinander sowie mit einem Heißgaserzeuger 17 verbunden sind. Die Einlaßöffnungen 16 können aus Keramik-Düsensteinen bestehen.
Der Heißgaserzeuger 17 enthält eine Brennkammer, in der brennbare Gase mit Hilfe von Luft verbrannt werden. Diese brennbaren Gase bestehen zumindest zu einem erheblichen Teil aus den beim Entgasungsvorgang erzeugten Gasen. Diese werden über einen oberen Gasauslaß 18 des Entgasungsreaktors 15 abgezogen und zunächst in einen Zyklon 19 geführt. Die im Zyklon 19 abgeschiedenen Feststoffe werden über eine Leitung 20 direkt in den Einschmelzvergaser 7 geleitet. Das im Zyklon 19 gereinigte Gas gelangt in einen Wärmeaustauscher 21, der die zur Bildung des Heißgases verwendete Luft auf eine Temperatur beispielsweise im Bereich zwischen 300 und 400cC vorwärmt. Nach dem Passieren des Wärmetauschers 21 wird ein Teil des Abgases des Entgasungsreaktors 15 über eine Leitung 22 in die Brennkammer dos Heißgaserzeugers 17 geführt. Die Menge dieses zur Erzeugung des Heißgases verwendeten Abgases des Entgasungsreaktors 15 bestimmt sich nach dem für die Entgasung bestehenden Bedarf an Heißgas. Das nicht benötigte Abgas wird über eine Leitung 23 abgefühlt und anderweitig genutzt.
Die Luft wird in einer Leitung 24 durch den Wärmetauscher 21 geleitet und dann in die Brennkammer des Heißgaserzeugers 17 eingeblasen. Ein Teil der vorgewärmten Luft wird über eine Einlaßleitung 25 abgezweigt und in den oberen Toil des Entgasungsreaktors 15 geführt. Hierdurch kann die Temperatur der in diesem entstehenden Gase so geregelt werden, daß keine Teerbildung auftritt. Das über den Gasauslaß 18 austretende Abgas hat beispielsweise eine Temperatur von etwa 8000C. Das über die Einlaßöffnung 16 eingeblasene Heißgas führt im Entgasungsreaktor 15 zur Bildung eines Wirbelbettes. Die von oben eingegebene Kohle wird in diesem Wirbelbett entgast und getrocknet. Der Kohle kann ein Entschwefelungsmittel, beispielsweise Dolomit bzw. Kalkstein, beigegeben werden. Je nach der Feinkörnigkeit des Entschwefelungsmittels wird dieses entweder mit dem Koks oder mit dem Abgas über den Gasauslaß 18 aus dem Entgasungsreaktor 15 abgeführt. Der Koks gelangt über eine KoksförderleUung 26, die im Boden des Entgasungsreaktors 15 mündet, aus diesem in den Einschmalzvergaser 7. Zur Durchführung des Koksaustrages aus dem Entgasungsreaktor 15 sind in diesem über dem Boden mehrere radk'l verlaufende Förderschnecken angeordnet.
Der Gasdruck im Enigasungsreaktor 15 wird vorzugsweise so eingestallt, daß der dem Gasdruck im Einschmelzvergaser 7 entspricht. Dadurch wird ein Gasaustausch zwischen dem Einschmelzvergaser 7 und dem Entgasungsreaktor 15 verhindert, ohne daß ein aufwendiges Schleusensystem verwendet worden muß.
Als brennbares Gas für die Erzeugung des Heißgases kann zusätzlich zum Abgas des Entgasungsreaktors 15 auch das Gichtgas des Reduktionsschachtofens 1 eingesetzt werden, falls das Abgas des Entgasungsreaktors 15 nicht ausreichen sollte, um eine genügende Entgasung zu erzielen. Hierdurch wird vermieden, daß für diesen Fall externe Energie zugeführt oder ein Teil der zu entgasenden Kohle selbst verbrannt werden muß.
Das Gichtgas des Reduktionsschachtofens 1 wird in der Regel auch zum Teil in den Reduktionsprozeß zurückgeführt, indem es nach einer CO2-Entfernung dem Reduktionsgas vor dem Einblasen in de·: Reduktionsschachtofen 1 zugemischt wird. Bei Rückführung des Gichtgases ohne CO2-Entfernung in den Einschmelzvergaser 7 empfiehlt es sich, die gesamte in den Einschmeizvergaser 7 einzugebende Kohle vorher im Entgasungsreaktor 15 zu entgasen, d. h., über die Einfüllöffnung 10 wird keine zusätzliche Kohle eingeführt. Wird jedoch keine Rückführung des Gichtgases vorgesehen, dann braucht nur ein Teil der Kohle vor dem Einbringen in den Einschmelzvergnser 7 entgast zu werden. Ein Teil der Kohle, zum Beispiel 50%, kann dann nach einer Trocknung direkt dem Einschmelzvergaser 7 über die Einfüllöffnung 10 zugeführt werden.
Der Entgasungsreaktor 15 kann zusätzlich zur Entgasung der Kohle auch zur Vorreduktion von Eisenerz verwendet werden
Dieses wird zusätzlich zur Kohle in den Entgasungsreaktor 15 eingebracht und in diesem vorerwärmt und vorreduziert und anschließend zusammen mit dem Koks in den Einschmelzvergaser 7 befördert. Diese Maßnahme kann anstelle der Vorreduktion im Reduktionsschachtofen 1 oder auch zusätzlich erfolgen. Das im Entgasungsreaktor 15 vorreduzierte Erz kann auch, wenn es entsprechend feinkörnig ist, mit dem Abgas des Entgasers mitgerissen und dann in einem Zyklon abgeschieden werden. Aus diesem wird es dann zum Einschmelzvergaser 7 befördert und in die in diesem gebildete Wirbe1 schicht eingeblasen. Zur Vorreduktion des Eisenerzes im Entgasungsreaktor 15 können in diesem auch mehrere Wirbelbetten gebildet werden.
Claims (19)
1. Verfahren zur Herstellung von geschmolzenem Roheisen oder Stahlvormaterial, bei dem Eisenerz zunächst mittels eines Reduktionsgases zumindest teilweise zu einem Eisenschwamm reduziert und anschließend in einem Einschmelzvergaser aufgeschmolzen und gegebenenfalls fertig reduziert wird, wobei dem Einschmelzvergaser neben dem Eisenschwamm zumindest teilweise durch ein heißes Gas entgaste Kohle und sauerstoff haltiges Gas zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißgas aus dem bei der Entgasung entstehenden Gas und einem zugeführten sauerstoffhaltigen Gas gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zur Erzeugung des Heißgases verwendetes sauerstoffhaltiges Gas Luft eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft durch das bei der Entgasung entstehende Gas vorgewärmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bei dor Entgasung entstehende Gas zur Vermeidung einer Terrbildung durch Nachverbrennung auf einem bestimmten Temperaturniveau gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasung in einem Wirbelbett vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekernzeichnet, daß das bei der Entgasung entstehende Gas gereinigt und die dabei abgeschiedenen Feststoffe in den Einschmelzvergaser geleitet werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohle vor der Entgasung ein Entschwefelungsmittel zugegeben wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das im Einschmelzvergaser erzeugte Gas als Reduktionsgas verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Heißgases zusätzlich bei der Reduktion des Eisenerzes entstandenes Gichtgas verwendet wird.
10. Vorrichtung zur Herstellung von geschmolzenem Roheisen odorSta'nivorrnaterial, bei dem Eisenerzzunächstmittelseines Reduktionsgaseszumindestteilweteezu Eisenschwamm reduziert und anschießend in einem Einschmelzvergaser aufgeschmolzen und gegebenenfalls fertigreduziert wird, wobei dem Einschmelzvergaser neben dem Eisenschwamm zumindest teilweise durch ein heißes Gas entgaste Kohle und sauerstoffhaltiges Gas zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Einschmelzvergaser (7) über eine Koksförderleitung (26) verbundener Entgasungsreaktor (15) vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Entgasungsreaktor (15) mit ' einem eine Brennkammer enthaltenden Heißgaserzeuger (17) verbunden ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Entgasungsreaktor (15) für die Zuführung des Heißgases mit Keramik-Düsensteinen versehen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der F.ntgasungsreaktor (15) ein Wirbelschichtreaktor ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Entgasungsreaktor (15) für den Koksaustrag mit radialen Förderschnecken versehen ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck im Entgasungsreaktor (15) auf den Gasdruck im Kopf des Einschmelzvergasers (7) eingestellt ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Entgasungsreaktor (Ί3) im Bereich des Gasauslasses (18) eine Einlaßleitung (25) für Verbrennungsluft vorgesehen ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche IO bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Entgasungsreaktor (15) zusätzlich zur Vorreduktion von Eisenerz vorgesehen ist.
18. Vorrichtung nach An; nruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß dem Entgasungsreaktor (15) ein Zyklon zur Abscheidung von vorreduziertem Eisenerz nachgeschaltet und der Feststoffauslaß des Zyklons mit dem Einschmelzvergaser (7) verbunden ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß im Entgasungsreaktor (15) mehrere Wirbelschichten für die Entgasung der Kohle und die Vorreduktion des Eisenerzes ausgebildet sind.
Hierzu 1 Seite Zeichnung
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