DE1179962B

DE1179962B - Verfahren zur Erzeugung von Eisenschwamm

Info

Publication number: DE1179962B
Application number: DEB58937A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Fritz Lucke; Dipl-Ing Harry Serbent
Original assignee: Beteiligungs und Patentverwaltungs GmbH
Current assignee: Beteiligungs und Patentverwaltungs GmbH
Priority date: 1960-08-11
Filing date: 1960-08-11
Publication date: 1964-10-22

Description

Verfahren zur Erzeugung von Eisenschwamm Die Reduktion von Erzen, insbesondere Eisenerzen, in geneigt gelagerten Drehrohröfen im kontinuierlichen Betrieb mit festen, feinkörnigen Brennstoffen ist bekannt.
Die Drehrohröfen werden hierbei im Gegenstrom beheizt. Bei dieser direkten Beheizung muß zum Erreichen möglichst hoher Reduktionsgrade jedoch mit einem Überschuß an Reduktionsbrennstoff gearbeitet werden, um eine Wiederoxydation des gebildeten Metalls, z. B. Eisen, im letzten Teil des Ofens und beim Austragen weitgehend zu verhindern. Die Arbeitstemperatur ist nach oben durch das Erweichungsverhalten der Charge begrenzt. Sie liegt normalerweise je nach Art und Beschickung bei etwa 1000 bis 1100° C. Ein Überschreiten dieser Temperatur führt zum Sintern des Materials und zu unangenehmer Ansatzbildung. Der Brennstoffüberschuß kann hierbei durch ein »Ansteifen« des Ofeninhältes eine Temperaturerhöhung ermöglichen.
Ziel dieser Arbeitsweise ist es, bei Eisenerzen einen möglichst hohen Anteil des Eiseninhaltes des Erzes in metallisches Eisen überzuführen. Als Reduktionsgrad wird - in Abweichung von der üblichen Definition - das Verhältnis von metallischem Eisen zum Gesamteisen im Endprodukt bezeichnet.
Von den zum Erreichen hoher Reduktionsgrade gegebenen Möglichkeiten: a) hohe Temperatur, b) lange Aufenthaltszeit des Materials im Ofen, c) hohes Verhältnis von reduzierenden Gasen (CO, H,) zu oxydierenden Gasen (C02, H20) innerhalb der Materialschicht, ist die unter a) genannte Forderung infolge der Begrenzung der Maximaltemperatur nur dadurch zu erfüllen, daß der Drehrohrofen mit über seine Länge möglichst flachem Temperaturprofil gefahren wird. Dabei wird die aufgegebene Erz-Brennstoff-Mischung schnell auf die zum Erreichen ausreichender Reduktionsgeschwindigkeit notwendige Temperatur erwärmt und längere Zeit auf dieser gehalten. Das flache Temperatuiprofil kann durch Anwendung eines Drehrohrofens mit austragsseitig erweitertem Durchmesser angenähert erreicht werden. Das flache Temperaturprofil ist noch besser einzustellen, wenn man durch über die Ofenlänge verteilte Manteldüsen Luft einsaugt oder einbläst.
Die unter b) genannte Forderung einer langen Reduktionszeit muß praktisch wirtschaftlichen Gesichtpunkten untergeordnet werden (Ofendurchsatzleistung pro Tag). Mit der anzustrebenden Verbesserung der reduzierenden Bedingungen innerhalb der Materialschicht im Ofen [Möglichkeit c)] ist der Begriff der Reaktionsfähigkeit der Brennstoffe verbunden. Ein Brennstoff ist um so reaktionsfähiger, je schneller sein Kohlenstoffgehalt bei der Reduktion gebildetes Kohlendioxyd gemäß Umsetzung

C -I- C02 --> 2 CO

in Kohlenmonoxyd überführt und damit neues Reduktionsmittel schafft.
Ein Brennstoff mit besserer Reduktionsfähigkeit als der üblicherweise angewandte Koksgrus ist z. B. Anthrazit. Die obengenannte Umsetzung kann außerdem katalytisch, z. B. durch Zusatz von Alkalien, wie Soda, beeinflußt werden.
Der Gehalt der Brennstoffe an flüchtigen Bestandteilen kommt bei Aufgabe der Brennstoffe mit dem Erz dem Reduktionsprozeß im Drehrohrofen nicht zugute. Die flüchtigen Bestandteile entweichen bei relativ niedrigen Temperaturen, also im Aufgabeteil des Ofens, verlassen diesen größtenteils unverbrannt und müssen außerhalb des Ofens nachverbrannt werden, wobei eine besondere Auskleidung des Abgasweges notwendig wird.
Es werden daher bisher in der Praxis keine Brennstoffe angewandt, die mehr als etwa 8"/a flüchtige Bestandteile aufweisen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Arbeitsweise, bei der ein Teil des für den Prozeß benötigten feinkörnigen Reduktionsbrennstoffes nicht mit der Ofenaufgabemischung in den Drehrohrofen gelangt, soxrdern an einer oder mehreren Stellen im Ofen zugesetzt wird. Die Zugabe kann mit Schöpfvorrichtungen (z. B. Schöpfspiralen) oder auch durch austragsseitiges Einblasen oder Einschleudern erfolgen. Sie muß in dein Temperaturbereich des Ofens vorgenommen werden, in welchem eine entsprechende Wirksamkeit gewährleistet ist, also z. B. in der unteren Ofenhälfte.
Durch den nachträglichen Brennstoffzusatz in diesem heißeren Ofenteil werden hier die reduzierenden Bedingungen jeweils erneuert bzw. verstärkt und daher eine weitergehende Reduktion erreicht.
Die Menge des zuzusetzenden Reduktionsbrennstoffes und die Lage der Zugabestellen richtet sich nach dem Reduktionsverhalten des jeweiligen Erzes. Gute Ergebnisse wurden in Versuchen durch Zugabe von 10 bis 40°/o der Gesamtbrennstoffmenge an den Stellen des Ofens erreicht, an denen die Charge Reduktionsgrade von 40 bis 80% aufwies. Die bei allen Eisenschwammverfahren zu beobachtende Verlangsamung der Reduktion oberhalb eines Reduktionsgrades von etwa 70°/o wird durch diese Arbeitsweise wesentlich eingeschränkt, wodurch höhere Reduktionsgrade im Austragmaterial erreicht werden können.
Eine weitere Verbesserung ist dadurch zu erzielen, daß im angegebenen Bereich von Brennstoffen mit besserer Reaktionsfähigkeit zugesetzt werden, als der Brennstoff in der Aufgabemischung aufweist. Dieses ist z. B. dann der Fall, wenn der Ofenaufgabemischung Koksgrus beigemischt wird und im Ofen der Zusatz von Anthrazit erfolgt.
Im Gegensatz zum ausschließlichen Zusatz des Reduktionsbrennstoffes in der Ofenaufgabemischung können nach der Erfindung auch solche Brennstoffe verwendet werden, deren Gehalt an flüchtigen Bestandteilen so hoch ist, daß normalerweise Schwierigkeiten durch die notwendige Nachverbrennung der entstehenden Gase außerhalb des Drehrohrofens zu erwarten sind. Hierfür kommen z. B. Steinkohle, Braunkohlenschwelkoks und Rohbraunkohle in Frage. Diese Brennstoffe weisen auch nach Abgabe ihrer flüchtigen Bestandteile eine gute Reaktionsfähigkeit auf. Der letzte Teil des für die Reduktion wirksamen Drehrohrofen arbeitet hierbei zusätzlich als Schwelaggregat. Die abgeschwelten Gase können mit Hilfe von durch Manteldüsen eingeblasenem Wind im Ofen verbrannt werden und kommen so dem Prozeß zugute.
Der üblicherweise zur Abbindung des Schwefelgehaltes der Ofenaufgabe beigemischte Kalkstein oder Dolomit kann bei dem Verfahren nach der Erfindung dem nachträglich zugesetzten Brennstoff beigegeben werden, ohne daß die Entschwefelungswirkung beeinträchtigt wird.
In allen vorgenannten Fällen ist der überschüssige Brennstoff z. B. durch eine einfache Magnetscheidung zurückzugewinnen und kann, gegebenenfalls nach Abtrennung des Entschwefelungsmittels, dem Prozeß wieder zugeführt werden. Sein Gehalt an flüchtigen Bestandteilen ist jetzt so niedrig, daß seine Aufgabe zusammen mit frischem Brennstoff auf dem normalen Wege erfolgen kann, während im unteren Ofenteil laufend die Aufgabe von weiterem Brennstoff, eventuell mit höheren Gehalten an flüchtigen Bestandteilen, durchgeführt wird.
Es ist bereits ein Verfahren zur direkten Reduktion von Eisenerzen bekannt, bei dem Eisen in der Weise in flüssiger Form gewonnen wird, daß die Reduktion in einem mit einem Vorherd versehenen Drehrohrofen erfolgt. Als Reduktionsmittel sollen hierbei Erdgas, Öl oder feste Kohle dienen, und die Reduktion soll in einer Ofenzone erfolgen, in die der Sauerstoffstrom nicht gelangt. Dieses bekannte Verfahren vermittelt nicht die Erkenntnis, daß man, ohne im Schmelzfluß zu arbeiten, einen hohen Reduktionsgrad in kurzer Reduktionszeit erzielen kann, wenn fester Reduktionskohlenstoff nur zum Teil dem Erz beigemischt und der andere Teil erst nach der Teilreduktion zugegeben wird. Ferner ist auch bei dem bekannten Schmelzverfahren eine zwei- oder mehrmalige Zugabe von festem Brennstoff nicht vorgesehen.
Nach einem weiteren bekannten Vorschlag soll bei der Herstellung von Eisenschwamm der Reduktionsgrad in der Weise verbessert werden, daß die Reduktion zunächst mit einem dem Erz beigemischten festen Reduktionsmittel bis zu einem Reduktionsgrad von 50 bis 80°/o und dann in einem zweiten Ofen mit reduzierendem Gas durchgeführt wird. Demgegenüber wird gemäß der Erfindung sowohl in der ersten als auch in der zweiten Reduktionsstufe mit festem Reduktionsbrennstoff gearbeitet, wobei sich die llberführung des Reduktionsgutes in einen zweiten Ofen erübrigt.
Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren ermöglicht unter anderem die Verwendung solcher fester Reduktionsbrennstoffe bei der Eisenschwammerzeugung im Drehrohrofen, die sonst erst nach geeigneter Vorbehandlung, z. B. nach weitgehender Abschwelung des Gasgehaltes, einsetzbar wären. Es stellt somit eine sinnvolle Kombination eines Erzreduktionsverfahrens mit einem Schwelverfahren in einem Aggregat, und zwar im Drehrohrofen, dar.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Erzeugung von Eisenschwamm durch Reduktion von Eisenerz mit festem Brennstoff im gegenstrombeheizten Drehrohrofen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der notwendigen Menge an festem Reduktionsbrennstoff nicht mit der Aufgabemischung in den Ofen gelangt, sondern nachträglich im Ofen zugesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nachträgliche Zusatz an Reduktionsbrennstoff in einem Bereich des Ofens erfolgt, in welchem die Charge einen Reduktionsgrad von 40 bis 80% aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an nachträglich zugesetztem Reduktionsbrennstoff 10 bis 40% der insgesamt für den Prozeß benötigten Menge beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht mit dem Möller aufgegebene Reduktionsbrennstoff an einer oder mehreren Stellen dem Ofen zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht mit dem Möller aufgegebene Reduktionsbrennstoff in durch den Ofenmantel geführten Rohren mittels Schöpfvorrichtungen, z. B. Schöpfspiralen, dem Ofen zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht mit dem Möller aufgegebene Reduktionsbrennstoff von der Austragsseite des Ofens her eingeblasen oder eingeschleudert wird.
7, Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als nicht mit dem Möller aufgegebener Reduktionsbrennstoff ein solcher verwendet wird, der eine höhere Reaktionsfähigkeit aufweist als der mit dem Möller zugesetzte Reduktionsbrennstoff. B.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als nicht mit dem Möller aufgegebene Reduktionsbrennstoffe solche verwendet werden, deren Gehalt an flüchtigen Bestandteilen mehr als 8"/o beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die frei werdenden Schwelgase im Ofen mit Hilfe von eingesaugter oder eingeblasener Luft verbrannt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der entstehende Schwelkoks, soweit er nicht im Ofen verbraucht wird, zusammen mit dem Brennstoffüberschuß aus der Ofenaufgabemischung aus dem erkalteten Austrag, z. B. durch eine Magnetscheidung, zurückgewonnen und je nach Höhe seines Gehaltes an flüch-. tigen Bestandteilen entweder wieder zur Ofenaufgabemischung oder nachträglich zugesetzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem nicht mit dem Möller aufgegebenen Reduktionsbrennstoff zur Abbindung seines Schwefelgehaltes feinkörniger Kalkstein oder Dolomit zugesetzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem nicht mit dem Möller aufgegebenen Reduktionsbrennstoff zur Erhöhung seiner Reaktionsfähigkeit geeignete Katalysatoren, z. B. Soda, gegebenenfalls in wäßriger Lösung, zugesetzt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1238 337; britische Patentschrift Nr. 751472; USA.-Patentschrift Nr. 2 663 632.