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Verfahren zur Verhüttung von feinkörnigen Eisenerzen im Naturzustand
Zur Verhüttung von, feinkörnigen Eisenerzen sind verschiedene Verfahren bekannt.
Insbesondere haben in der Eisenpulvermetallurgie in neuerer Zeit Verfahren steigende
Bedeutung erlangt, bei denen Eisenpulver aus feinkörnigen bzw. pulverförmigen Eisenoxyden
durch eine reduzierende Glühbehandlung hergestellt werden. Die Ausgangsprodukte
dieses Verfahrens sind zumeist Materialien, die als Produkte von Erzaufbereitungsverfahren
oder als staubförmige, oxydische Abfallprodukte, z. B. von Frischprozessen, in Körnungen
von 0,15 mm oder weniger anfallen; bei der Verarbeitung derartiger feinkörniger
Eisenoxyde zu Eisenpulver haben sich hauptsächlich zwei Verfahrensrichtungen herausgebildet:
Die eine Verfahrensrichtung bei der Verhüttung von feinkörnigen Eisenerzen bezieht
sich auf Arbeitsweisen, bei denen die-.feinkörnigen Stäube nicht im Naturzustand
bleiben, sondern zuerst gesintert bzrv. mit Zusätzen, wie Wasser, Gasflammkohle
und Sulfidabläuge, brikettiert bzw. pelletisiert und sodann gebrannt werden. Das-
gesinterte Material bzw. die gebrannten Briketts werden in schachtofenähnlichen
Reduktionsgefäßen einer reduzierenden Glühbehandlung unterzogen. Das reduzierte
Material wird sodann zerkleinert und zermahlen. Verfahren dieser Art haben den Vorteil,,
daß die Beschickung in den Reduktionsgefäßen zumeist eine gute Gasdurchlässigkeit
aufweist, so daß dem Reduktionsgas, ohne daß zu hohe Druckverluste oder Austragungsverluste
auftreten, eine relativ-hohe-Gasgeschwindigkeit erteilt werden kann. Auch ein Zusammenbacken
der Beschickung erfolgt bei der reduzierenden Glühbehandlung nach dieser Arbeitsweise
praktisch nicht. Die einzelnen Sinterstücke bzw. Briketts oder Pellets können zwar
beim Reduktionsvorgang aneinander festkleben, bei dem verhältnismäßig großen Abmessen
der einzelnen Stücke kann aber dieser Verbund nach dem Reduktionsvorgang leicht
wieder getrennt werden. Die genannten Maßnahmen haben jedoch den großen Nachteil,
daß sich durch den Sinterprozeß und in Folge des Brennens nach dem Brikettieren
oder Pelletisieren das Gut nur mangelhaft reduzieren läßt. Es hat sich beispielsweise
als unmöglich erwiesen, mit dieser Arbeitsweise das gesamte Einsatzmaterial zu vollständig
reduziertem Eisenpulver zu verarbeiten. Das der Reduzierbehandlung . unterworfene
Gut muß vielmehr nach dem Zerkleinern stets noch einer reduzierenden Nachbehandlung
unterworfen werden, die den Prozeß kompliziert und teuer macht. Weitere Schwierigkeiten
entstehen dadurch, daß häufig durch Zerplatzen und Erweichung der Erzstücke unter
der notwendigerweise hohen Beschickungssäule der gleichmäßige Gasdurchgang behindert
wird. Es sind daher 'sehr hohe Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften der
Beschickung zu stellen.
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Die andere Verfahrensrichtung arbeitet mit dem sogenanten Wirbelschichtprinzip:
Bei diesem Verfahren wird das zu verhüttende, pulverförmige, aber im Naturzustand
befindliche, d. h. weder gesinterte noch gebrannte Material in einem Reduktionsgefäß
von einem unten eingeleiteten; heißen Reduktionsgas mit solcher Geschwindigkeit
durchströmt, daß es sieh während seiner Reduktion im Reduktionsgefäß in wirbelnder,
flüssigkeitsähnlicher oder fluidisierter Dewegung befindet. Bei diesem Verfahren
können bei geeigneter Körnigkeit des Einsatzes sehr hohe Reaktionsgeschwindigkeiten
und damit hohe Tonnenleistungen erreicht werden. Die Wirbelschichtreduktionsverfahren
haben jedoch den Nachteil, daß bei geringen Korngrößen, wie sie .bei Erzkonzentraten
meist vorliegen, nur geringe Gasgeschwindigkeiten angewendet werden können.. Bei
größeren Gasgeschwindigkeiten wird nämlich das feste Gut durch den Gasdruck aus
dem Reduktionsgefäß ausgetragen. Bei geringen Gasgeschwindigkeiten können aber nur
sehr geringe Produktionsleistungen erzielt werden. Ein weiterer Nachteil dieser
Arbeitsweise besteht darin, daß bei Reduktionstemperaturen ' oberhalb 600° C, die
zur Erzielung einer befriedigenden Reduktionsgeschwindigkeit angestrebt werden müssen,
das Material im Reduktionsgefäß zusammensintert, sobald es teilweise reduziert ist.
Die Wirbelbewegung hört dann wegen der .Zusammensinterung auf, und die Beschickung
des Reduktionsgefäßes klebt zusammen. Um eine vorzeitige Beendigung des Reduktionsvorganges
zu vermeiden; besteht an sich die Möglichkeit; die Reduktion bei Temperaturen
unter
600° C vorzunehmen. Bei diesen relativ niedrigen Temperaturen ist aber die Reduktionsgeschwindigkeit
sehr gering. Zur Erzielung einer einigermaßen befriedigenden Produktionshöhe bleibt
daher nur der Weg, das Reduktionsgas bei großen Schütthöhen und erhöhtem Druck von
mindestens 10 Atmosphären durch die Beschickung zu leiten. Das Arbeiten mit Reduktionsgasen
von über 10 Atmosphären Druck bei Temperaturen von über 500° C bringt aber offenbar
erhebliche a.pparative Schwierigkeiten mit sich, die das Verfahren kompliziert und
störanfällig machen. Außer den angeführten Gründen hat sich das Wirbelschichtverfahren
für die Verhüttung von feinkörnigen Eisenerzen im Naturzustand beispielsweise zum
Zweck der Herstellung von Eisenpulver nicht durchsetzen können.
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Es sind außerdem Versuche bekanntgeworden, Stückerze auf Wanderroste
bzw. auf wanderrostähnliche Einrichtungen aufzubringen und die Reduktionsgase durch
die Erze hindurchzuleiten. In diesem Zusammenhang ist es im einzelnen bekannt, das
Eisenerz einer reduzierenden Behandlung durch ein Reduktionsgas zu unterwerfen und
dazu auf ein Fördermittel, z. B. auf einen Wanderrost, aufzuschichten und auf dem
Fördermittel in besonderen Behandlungskammern nacheinander zunächst einer Vorwärmung,
Trocknung und dann einer Reduktion oder Abkühlung zu unterwerfen. Dabei arbeitet
man in bezug auf das metallurgische Prinzip praktisch mit einem horizontalen Schachtofen,
d. h., die im vertikalen Schachtofen gegebenen Zonen werden beibehalten, während
nur der Materialtransport durch den Wanderrost bewerkstelligt wird. Das zur Behandlung
der Beschickung erforderliche Gas wird senkrecht zur Bewegungsrichtung der Beschickung
durch diese hindurchgesaugt. Die Beschickung selbst wird bei diesen Maßnahmen in
besonderer Weise vorbereitet, und zwar wird zunächst eine Schicht Kalkstein und
darauf ein Gemenge von Kalk, Erz und Kohlenstaub aufgegeben. Bei diesen Maßnahmen
werden zwar teilweise die vorangeführten Schwierigkeiten vermieden, die Maßnahmen
haben jedoch den Nachteil, daß bei den gebräuchlichen Einsatzstoffen nicht die Reduktionsgrade
erreicht werden, die bei einer einwandfreien Verhüttung notwendig sind.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Verhüttung von feinkörnigem
Eisenerz im Naturzustand zu verbessern nud will sowohl die im wesentlichen in der
mangelhaften Reduktion bestehenden Nachteile der bekannten Verfahren, die mit gesintertem,
gebranntem, brikettisiertem bzw. pelletisiertem Gut arbeiten, als auch die im wesentlichen
in der geringen Produktionsleistung bestehenden Nachteile der bekannten Wirbelschichtreduktionsverfahren
sowie endlich auch die in mangelnder Reduktion bestehenden Nachteile der bekannten
Maßnahmen, die mit Wanderrosten und gleichsam horizontalen Schachtöfen arbeiten,
vermeiden.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhüttung von feinkörnigem
Eisenerz im Naturzustand, wobei das Eisenerz einer reduzierenden Behandlung durch
ein Reduktionsgas unterworfen und dazu auf ein Fördermittel, z. B. einen Wanderrost,
aufgeschichtet wird und auf dem Fördermittel in besonderen Behandlungskammern nacheinander
zunächst einer Vorwärmung und Trocknung und dann einer Reduktion und Abkühlung unterworfen
wird. Die Erfindung besteht darin, das zu reduzierende Eisenerz in Form grüner,
ungesinterter Pellets in einer Schichtdicke, welche die Pellets ohne Zerstörung
ertragen, ohne Zwischenbehandlung auf das Fördermittel aufzugeben. Dabei werden
zweckmäßigerweise die zur Verhüttung der Pellets bestimmten Gase im Querstrom zur
Bandbeschickung geführt.
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Das in bekannter Weise hauptsächlich aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd
bestehende Behandlungsgas wird zweckmäßig zuerst in der Kühlzone mit dem Gut in
Berührung gebracht und dann nach Spaltung des Methans mit Sauerstoff in die Reduktions-
und Vorwärmkammern geleitet. Es soll dabei vorzugsweise abwechselnd von unten nach
oben bzw. von oben nach unten durch die Kammern geführt werden, was sich auch konstruktiv
auf einfache Weise verwirklichen läßt.
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Im übrigen gehört zur Erfindung auch die Herstellung von nach einem
der vorhergehenden Ansprüche zu verhüttenden Petlets, wobei nach der Erfindung feinteiliges
Eisenerz mit Wasser in an sich bekannten Granuliervorrichtungen u. dgl. zu sogenannten
grünen Pellets z. B. von 5 bis 20 mm Durchmesser geformt wird.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind zusammenfassend darin
zu sehen, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren feinkörnige Eisenoxyde und insbesondere
auch solche, deren Körnung unter 0,15 mm liegt, auf einfachste Weise behandelt und
reduziert werden können. Gegenüber den bekannten Verfahren, die mit Pellets in schachtofenähnlichen
Reduktionsgefäßen mit Wanderrosten arbeiten, liegen die Vorteile vor allem in der
einwandfreien und restlosen Reduktion. Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
gegenüber den Wirbelschichtreduktionsverfahren besteht darin, daß bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren wesentlich höhere Gasgeschwindigkeiten angewendet werden können, ohne
daß Staubaustrag eintritt. Es lassen sich daher bedeutend höhere Durchsatzleistungen
als bei den Wirbelschichtverfahren erzielen. Die beschriebene Art der Gasführung
gewährleistet bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst einen ausgezeichneten
Wirkungsgrad der Gasausnutzung in thermischer und chemischer Hinsicht. Da außerdem
das Gas in den einzelnen Kammern abwechselnd von unten nach oben und von oben nach
unten durch die Beschickung geleitet wird, ergeben sich minimale Gaswege und geringste
Druckverluste.
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Die Erfindung wird an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigt F i g. 1 schematisch eine Anlage
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Schnitt der Linie C-D der F
i g. 2 und F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie .A-B der Fig. 1.
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Nach den Figuren gelangt das feinkörnige Ausgangsprodukt (Feinerz
od. dgl.) 1 aus dem Bunker 2 auf einen Granulierteller 3; auf diesem
wird es unter Zusatz von Wasser 4 zu Grünpellets 5 von etwa 5 bis 20 mm Durchmesser
verarbeitet, die über die Rutsche 6 auf dem Wanderrost 7 gelangen, der mit
Umlenkrollen 8 versehen ist. Hierbei muß darauf geachtet werden, daß die Schütthöhe
auf dem Wanderrost nicht als die Pellets ohne Zerdrücken durch die aufruhende Schicht
ertragen, z. B. nicht mehr als 50 cm beträgt. Auf dem bewegten Wandertust
7
gelangt das Einsatzgut zunächst in die Vorwärmkammer 9.
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In der Vorwärmkammer 9 wird die Beschickung durch teilweise Verbrennung
eines Gasteilstromes 10, der aus der Reduktionskammer dahin geleitet wird, unter
Zutritt von Luft 11 getrocknet und auf Reduktionstemperatur von 700 bis 1000° C
erhitzt. Der Gasstrom 10 wird von oben nach unten durch die Beschickung geleitet;
die Abgase 12 verlassen durch einen Stutzen die Kammer. Nach der Wasserverdampfung
in der Vorwärmstufe sind die Pellets stark aufgelockert und porös, so daß sich ihre
Reduktion in den Kammern 13 und 14 überraschend schnell und praktisch vollständig
(über 95 %) vollzieht, da die Pellets - im Gegensatz zu hartgebrannten Pellets bzw.
Sinter oder Stückerzen -dem Eindringen der Reduktionsgase in ihr Inneres keinen
Widerstand entgegensetzen. Hierbei macht es sich nicht störend bemerkbar, daß die
mechanische Festigkeit der dehydratisierten Pellets gering ist, da bei der geringen
Schütthöhe das Einsatzgut - im Gegensatz zu dem Schachtofen- und Wirbelschichtverfahren
- fast überhaupt nicht mechanisch beansprucht wird.
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Aus der Vorwärmkammer 9 gelangt die Beschickung nun auf dem Wanderrost
7 in die Vorreduktionskammer 13. Hier werden die Pellets mit Gas, das bereits in
der Fertigreduktionsstufe verwendet worden ist, vorreduziert. Das Gas wird hierbei
von unten nach oben durch die Beschickung geleitet; während des Durchstreichens
des Gases durch die Beschickung erfolgt die Reduktion.
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In der anschließenden Fertigreduktionskammer 14 werden die Pellets
mit frischem Reduktionsgas von maximal 1000° C fertigreduziert. Als Reduktionsgas
wird zweckmäßigerweise ein Gas verwendet, das hauptsächlich aus Hz und/oder CO besteht
und nach bekannten Methoden aus Öl, Erdgas, Koksgas oder festen kohlenstoffhaltigen
Brennstoffen gewonnen wird. Das Gas wird in der Fertigreduktionskammer von oben
nach unten durch die Beschickung geleitet. Bevor das Gas in die Fertigreduktionskammer
gelangt, durchströmt es als kaltes Frischgas 18 von unten die Beschickung
in der Abkühlkammer 15; hierbei wird die Beschickung abgekühlt. Das Gas gelangt
sodann in den Gasvorwärmer 19, wo es unter Zusatz von Sauerstoff 20 über
eine Katalysatorschicht 21 geleitet wird, um das eventuell im Gas vorhandene CH4
zu CO + Hz zu spalten. Das so erhaltene Reduktionsgas gelangt nun - wie oben
bereits beschrieben - in die Fertigreduktionskammer und wird durch die Beschickung
geleitet.
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In der F i g. 1 stellt 22 einen Gasverteiler dar, bei dem überschüssiges
Gas 23 abgeleitet wird. 16 ist eine Rutsche, über welche die fertig reduzierten
und gekühlten Pellets in einen Transportwagen 17 für das Fertigprodukt gebracht
werden. Der Abwurf der reduzierten und gekühlten Pellets erfolgt kontinuierlich.
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Zur Weiterverarbeitung wird das Gut entweder gemahlen und als sinter-metallurgischer
Einsatzstoff verwendet oder aber im Stahlwerk als Schrottersatz eingeschmolzen und
zu Stahl verarbeitet.
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Das Vorangeführte stellt wie gesagt nur eine beispielhafte Ausführungsform
der Erfindung vor. Es können auch mehr als vier Kammern verwendet werden, wodurch
man eine noch bessere Gasausnutzung erreicht, jedoch nehmen hierdurch die maschinellen
Schwierigkeiten zu.