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Verfahren zur Reduktion stückiger Eisenerze zu einem schwammeisenartigen
Produkt im Drehrohrofen Es ist bekannt, oxydische Eisenerze im Drehrohrofen mit
reduzierenden Gasen, die in einem als Generator betriebenen Teil des Ofens erzeugt
werden, zu metallischem Eisen zu reduzieren und dieses am Ende der Reduktionszone
vor dem Beginn der Vergasungszone aus dem Ofen auszutragen (deutsche Patentschrift
633 255). Der zu vergasende feste Brennstoff kann dem Generatorteil des Ofens durch
mehrere über die Länge der Vergasungszone verteilte Beschickungseinrichtungen aufgegeben
werden. Dieses Verfahren hat sich praktisch nicht bewährt, weil nach ihm rund die
Hälfte des Drehrohrofenraumes als Gaserzeuger verwendet und damit dem Zweck der
Reduktion entzogen wird, was technisch und wirtschaftlich nicht tragbar ist.
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Ein anderes bekanntes, diskontinuierliches Verfahren (deutsche Patentschrift
691073) betrifft die Gewinnung von geschmolzenem Eisen im Drehrohrofen durch
direkte Reduktion mit Kohle, die während der ersten Hälfte der Chargendauer und
vor dem Schmelzen der Charge in einzelnen Portionen nacheinander zugegeben wird.
Die Zugabe der Kohle erfolgt nach diesem bekannten Verfahren nicht vor dem Zeitpunkt,
in dem die Beschickung in sich zusammengesackt ist und damit einen Teil des Ofenvolumens
wieder freigemacht hat, andererseits aber auch nicht nach dem Niederschmelzen, weil
sonst keine ausreichende Mischung erreicht werden kann. Auch dieses Verfahren ist
heute verlassen, sowohl weil die Reaktionsgeschwindigkeit und damit die Durchsatzleistung
den heutigen Anforderungen nicht entsprechen, wie auch, weil ständige Betriebsstörungen
durch Agglomerationen und Anbackungen dabei nicht zu vermeiden waren.
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Eine neue Verfahrensgruppe (deutsche Auslegeschrift 1058 080) besteht
darin, stückige oder stückig gemachte, z. B. pelletisierte, feinkörnige, oxydische
Eisenerze im Gemisch mit festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmitteln einem Drehrohrofen
aufzugeben und mit im Gegenstrom geführten heißen reduzierenden Gasen unterhalb
der Sinter- bzw. Schmelztemperatur sowohl der eingesetzten Erze, wie auch des gebildeten
metallischen Eisens zu behandeln. Bei diesen Verfahren erfolgt die Reduktion vorwiegend
bis ausschließlich durch CO, das aus dem festen Brennstoff einerseits und dem Sauerstoffgehalt
der Erze bzw. zusätzlich aufgegebener sauerstoffhaltiger Gase andererseits gebildet
wird. Der feste Kohlenstoff dient dabei kaum zur direkten Reduktion, sondern fast
ausschließlich zum Rückreduzieren des bei der Reduktion der Eisenerze aus dem CO
gebildeten COz zu CO. Diese bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß zu ihrer
Durchführung nur hochwertige, gasarme und nicht backende Brennstoffe wie Koks oder
Anthrazit notwendig sind.
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Ein nicht zum Stand der Technik gehörender älterer Vorschlag sieht
vor, diese Nachteile dadurch zu vermeiden, daß das Verfahren in einem Drehrohrofen
mit mehreren, hinter dem Aufgabeende gelegenen Aufgabevorrichtungen für das feste
kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel durchgeführt und jeweils die Eintragsvorrichtung
für das Reduktionsmittel verwendet wird, deren Lage den Eigenschaften, in erster
Linie dem Gasgehalt des verwendeten Reduktionsmittels, am besten angepaßt ist. Die
Lage der verwendeten Eintragsvorrichtung wird zweckmäßig so gewählt, daß die vor
ihr liegende Behandlungsstrecke ausreicht, um das ankommende Erz mit Hilfe eines
Teils der flüchtig abgegebenen Schwelprodukte vorzureduzieren und den nicht für
die Vorreduktion verbrauchten Teil der flüchtigen Schwelprodukte mit Hilfe eingeführter
sauerstoffhaltiger Gase zu verbrennen und dadurch das Erz vorzuwärmen.
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In weiterer Ausgestaltung dieses Verfahrens wird erfindungsgemäß der
in der Schlußzone des Ofens, d. h. in der hinter der Aufgabestelle bzw. den Aufgabestellen
für das gasende und/oder backende Reduktionsmittel gelegenen Zone, abgeschwellte
Brennstoffanteil der Beschickung in beliebiger Weise aus dem Austragsgut abgetrennt
und in den gleichen Drehrohrofen in eine vor der Eintragsvorrichtung bzw. den Eintragsvorrichtungen
für den gasenden und/oder backenden Brennstoff gelegenen Stelle
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hinter dem Aufgabeende des Drehrohrofens zurückgeführt. Das gasende und/oder backende
Reduktionsmittel wird dabei in verhältnismäßig großem Überschuß aufgegeben. Vorzugsweise
wird der ganze für die Reduktion erforderliche Brennstoff an dieser Stelle aufgegeben,
was einem örtlichen Überschuß von etwa 500 bis 700% entspricht, da an dieser Stelle
das Erz bereits weitgehend, und zwar zu etwa 80% reduziert ist. Der hinter der letzten
Aufgabestelle gelegene Teil des Drehrohrofens dient dann nicht nur als Reduzierapparat,
sondern auch als Schwelofen, wobei die fühlbare Wärme der vorreduzierten Pellets
in Verbindung mit einem Zentralbrenner in besonders wirtschaftlicher Weise zum Schwellen
des Brennstoffs ausgenutzt wird. Der hohe örtliche Überschuß an Reduktionsmittel
in der Schlußzone ermöglicht die Einhaltung einer besonders hohen Temperatur in
dieser ohne die Gefahr des Zusammenbackens, wodurch die Reduktionsgeschwindigkeit
erhöht und ein hoher Reduktionsgrad mit Sicherheit gewährleistet wird.
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Erfindungsgemäß bestehen daher im Drehrohrofen außer der Vorheizzone
und gegebenenfalls einer Vorreduktionszone, in der das Erz von den aus der Reduktionszone
entweichenden Gasen vorreduziert wird, zwei aufeinanderfolgende Reduktionszonen,
in denen das Erz mit festen Reduktionsmitteln gemischt ist. In der vorderen Reduktionszone
liegt das feste Reduktionsmittel ausschließlich in Form eines nicht gasenden und
nicht backenden Brennstoffes vor, der im Verfahren selbst gewonnen wird, während
in der Schlußzone des Ofens gleichzeitig die fertige Reduktion und die Abschwelung
des gasenden und/oder backenden Brennstoffes erfolgt. Demgemäß ist das gasende undloder
backende Reduktionsmittel das einzig effektiv verbrauchte und nachzuschaffende Reduktionsmittel.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist an Hand der Abbildung schematisch
und beispielsweise näher erläutert.
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1 ist der Drehrohrofen mit der Ausmauerung 2, der auf Rollen 3 läuft
und über einen Motor 4 mittels Zahnkranz 5 angetrieben wird.
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Die Erzpellets werden zusammen mit den erforderlichen Zuschlagsstoffen,
wie Kalk oder Dolomit, über eine Aufgabevorrichtung 6 aufgegeben. Am Austragsende
des Ofens ist ein Zentralbrenner 7 angeordnet. Die Rauchgase dieses Brenners durchziehen
den Ofen in seiner ganzen Länge und werden über den Staubabscheider 8 und Kamin
9 abgeleitet. In der Vorheizzone a werden die Pellets auf Reduktionstemperatur,
beispielsweise 700° C, erhitzt. Am Ende der Vorheizzone ist eine Eintragsvorrichtung
10 für gasarme, magere Brennstoffe angeordnet. In der Hauptreduktionszone
b erfolgt in bekannter Weise die Reduktion durch den festen Brennstoff und das daraus
gebildete CO. Am Ende der Hauptreduktionszone ist eine zweite Aufgabevorrichtung
11 für bakkende, gasreiche Kohle angeordnet. In der Endreduktionszone c erfolgt
die Fertigreduktion, die infolge des in dieser Zone herrschenden hohen Kohlenstoffüberschusses
und großen Gasangebotes zu besonders hohen Reduktionsgraden führt. Das aus fertig
reduzierten Pellets und geschweltem Brennstoff bestehende Austragsgut wird in bekannter
Weise über eine gasdichte Schleuse 12 ausgetragen, im Kühler 13 gekühlt und in ebenfalls
bekannter Weise, beispielsweise durch eine Sieb- oder Magnetscheidevorrichtung 14,
zerlegt. Der dabei abgeschiedene geschwelte Brennstoff wird über ein geeignetes
Transportgerät, beispielsweise ein Förderband 15 und den Redler 15a,
der Aufgabevorrichtung
10 zugeführt.
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Die aus der Endreduktionszone kommenden Gase, vor allem Schwelgase,
werden in der Vorheizzone a und gegebenenfalls der Hauptreduktionszone b mit Hilfe
von Lufteinführunasrohren 16a und 16b verbrannt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Lufteinführungsrohre
16a und 16b als Brenner ausgeführt, so daß es möglich ist, sie wahlweise oder auch
zusätzlich mit Brennstoffen anderer Provenienz zu beaufschlagen.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, der backenden
bzw. gasreichen Kohle vor ihrer Aufgabe in den Drehrohrofen eine gewisse Menge Magerkohle,
vorzugsweise etwa 10 bis 30'%, zuzusetzen. Zweckmäßig kann dafür die im eigenen
Betrieb anfallende geschwelte Kohle verwendet werden. Ausführungsbeispiel: Ausgangsmaterial
für die Versuche waren Pellets aus hochwertigen Konzentraten mit einem Fe-Gehalt
von 69,1°/o und einem Durchmesser von 12 bis 15 mm. Diese Pellets wurden in einem
Versuchsdrehrohrofen unter Verwendung einer gasreichen Kohle reduziert.
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Der Drehrohrofen hatte einen Innendurchmesser von 0,5 m und eine Länge
von 9 m; er machte 20 Umdrehungen in der Stunde. Der Ofen besaß einen am Ofenaustrag
angeordneten Zentralbrenner und sechs gleichmäßig über die Ofenlänge verteilte Mantelbrenner.
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Am Ofeneintrag wurden stündlich 60 kg Pellets (12 bis 15 mm) und 3,6
kg Dolomit (1 bis 3 mm) in den Ofen gegeben. Etwa 2 m vom Ofeneintrag entfernt wurden
über eine Spezialeintragsvorrichtung zu Beginn des Versuches 20 kg/h. Anthrazit
in den Ofen geleitet. Etwa 5 m von dieser Eintragsstelle entfernt (d. h. 2 m vor
dem Ofenaustrag) wurden dann über eine weitere Spezialeintragsvorrichtung 36 kg/h
gasreiche Kohle (44,6 % flüchtige Bestandteile) chargiert. Durch die sehr rasche
Aufheizung - an der Aufgabestelle wurde eine Temperatur von 1100° C gemessen - wurde
das Backen der Kohle verhindert. Darüber hinaus konnte auf die Beheizung mit den
Metallbrennern verzichtet werden; dafür wurden die aus der Kohle entweichenden Gase
durch Einblasen von Luft über die Mantelbrenner weitgehend ausgebrannt. Der Ofen
wurde nur mit dem Zentralbrenner zusätzlich beheizt.
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Da an der Aufgabestelle für gasreiche Kohle bereits etwa 80% des in
den Pellets an Eisen gebundenen Sauerstoffs abgebaut waren, hatte man einen örtlichen
Kohlenstoilüberschuß (bezogen auf die zur Fertigreduktion erforderliche C-Menge)
von etwa 700 010. Dieser hohe Kohlenstoffüberschuß wirkte sich Günstig auf den Reduktionsgrad
aus und ermöglichte darüber hinaus die Einhaltung sehr hoher Temperaturen. Es konnten
Reduktionsgrade von über 95% erreicht werden.
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Das Austragsgut wurde nach Abkühlung in einem nachgeschalteten Trommelkühler
bei 10 mm abgesiebt. Im Siebrückstand befanden sich die reduzierten Pellets, im
Siebdurchfall Abrieb, Kohle, Kalk und Asche. Zwecks Abtrennung des magnetischen
Abriebs wurde das Material über einen Schwachfeldscheider
gegeben.
Im Anschluß daran wurde aus der unmagnetischen Fraktion mittels elektrostatischer
Scheider die Kohle herausgeholt und an Stelle von Anthrazit am Ofeneintrag in den
Reduktionsofen zurückgeführt.