DE1206373B - Wirbelschicht-Verfahren und -Vorrichtung zum magnetisierenden Roesten von Erzen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

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DEUTSCHES WßWtm PATENTAMT AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

B 03 c

C21b

Deutsche Kl.: 1 b - 2

J 23783 VI a/lb

29. Mai 1963

9. Dezember 1965

Wegen des großen Verbrauchs an Energie, die zum Entwässern, Entkohlen und Rösten der Erze erforderlich ist, kann das magnetisierende Rösten von Erz als ein kostspieliges Verfahren betrachtet werden. Diese Energie wird zum größten Teil in Form von Wärme durch die behandelten Materialien und die Rauchgase abgeführt. Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen ermöglichen nicht, einen erheblichen Teil dieser Wärme zurückzugewinnen. Bei Anwendung der üblichen Verfahren werden häufig für jede Tonne des Erzes 350000 bis 400000, ja sogar bis 500000 kcal verbraucht.

Eine bessere Wärmeausnutzung gestattet ein Verfahren, bei welchem das zu röstende Erz in einer einzigen Reaktionskammer in zwei getrennten Wirbelschichten einer oxydierenden und anschließend einer reduzierenden Behandlung unterworfen wird. Hierbei gelangt das für die Durchwirbelung verwendete Gas zunächst in die Reduktionsschicht, so daß sowohl die Strömungsgeschwindigkeit als auch die Temperatur des zugeführten Gases so eingestellt werden müssen, wie es für die Reduktion des Erzes erforderlich ist. Nach dem Durchtritt des Gases durch die zu reduzierende fluidisierte Schicht kann nun zwar die Zusammensetzung des Gases durch Zuführung von sauerstoffhaltigem Gas noch reguliert werden, es ist jedoch nicht mehr möglich, die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeit des Gases vor dem Eintritt in die Röstzone zu beeinflussen. Hieraus resultieren schwerwiegende Nachteile für die Röstung, da es für die Qualität der Röstung weitgehend darauf ankommt, daß möglichst gleichmäßige und exakt eingestellte Bedingungen von Temperatur und Gasströmungsgeschwindigkeit während der gesamten Verfahrensdauer aufrechterhalten werden.

Gemäß dem Verfahren der Erfindung ist es möglich, nicht nur das in die Reduktionszone eintretende Wirbelgas, sondern auch das in die Röstzone geführte Wirbelgas hinsichtlich Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit und der Zusammensetzung exakt und unabhängig voneinander einzustellen. Dabei wird auch die Aufrechterhaltung des fluidisierten Zustands des feinteiligen Erzes während des gesamten Verfahrens gewährleistet und der Energieverbrauch des Verfahrens niedrig gehalten. Gegenstand der Erfindung ist ein Wirbelschichtverfahren zur magnetisierenden Reduktion von Eisenerz, wobei das feinkörnige Erz nacheinander in mehreren Wirbelschichtzonen gegebenenfalls erhitzt, geröstet, reduziert und abgekühlt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Erz mindestens in den in getrennt nebeneinander angeordneten Wirbel-

Wirbelschicht-Verfahren und -Vorrichtung zum magnetisierenden Rösten von Erzen

Anmelder:

Institut de Recherches de la Siderurgie Frangaise, Saint Germain-en-Laye, Seine-et-Oise

(Frankreich)

Vertreter:

Dr.-Ing. A. v. Kreisler, Dr.-Ing. K. Schönwald,

Dr.-Ing. Th. Meyer

und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. J. F. Fues,

Patentanwälte, Köln 1, Deichmannhaus

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 5. Juli 1962 (903 020)

schichtzonen erfolgenden Rost- und Reduktionsphasen von je einem gesonderten, unabhängigen und hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung, seiner Strömungsgeschwindigkeit und seiner Temperatur je beliebig einstellbaren, die Durchwirbelung bewirkenden Gasstrom durchströmt wird.

Für das Rösten des Erzes, das in einer Reihe von Phasen in mehreren Wirbelschichten durchgeführt werden kann, führt man als Wirbelgas Rauchgase oder heiße Verbrennungsgase zu. Die zweite Phase zur Reduktion des Erzes kann ebenfalls in mehreren fluidisierten Schichten unter Verwendung reduzierender Gase als Wirbelgas erfolgen, die vorteilhaft aus Zersetzungsprodukten von Leichtbenzin oder aus Leichtbenzin selbst bestehen. Auf die Reduktionsphase folgt eine Abkühlungsphase, während der wenigstens ein Teil der Wärme des reduzierten Erzes auf einen Wirbelgasstrom übertragen wird.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Röstung in vier fluidisierten Phasen vorgenommen. In den beiden ersten Phasen wird das Erz nacheinander einer entwässernden Erhitzung in einem ersten fluidisierten Bett und einem Rösten in einem zweiten fluidisierten Bett unterworfen, wobei das Erz durch eine erste Strömung von Rauchgasen oder heißen Gasen aufgewirbelt wird, die aus dem zweiten in das erste fluidisierte Bett gelangt. Dann erfolgt in einer dritten und vierten Phase nacheinander eine Reduktion des Erzes in einer dritten fluidisierten Schicht, in welcher die Reduktion bewirkende Produkte eingeführt werden und eine Abkühlung in einer vierten fluidisierten Schicht, in welcher wenigstens

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ein Teil der in dem austretenden Erz enthaltenen das Erz in den Schichten F₂ und F₁. Im Reaktor 1 Wärmeenergie auf einen zweiten Strom von Wirbel- wird das Erz, das in pulverförmigem und körnigem gas übertragen wird, der aus der vierten in die dritte Zustand aus einem Trichter 5 kommt und durch eine fluidisierte Schicht gelangt. Dieser zweite Wirbelgas- Förderschnecke 5 a verteilt wird, in der Schicht F₁ strom besteht wenigstens teilweise aus den au_s der s oberhalb des Rostes 6 fluidisiert. Das heiße und teilersten Wirbelschicht austretenden Rauchgasen oder weise entwässerte Erz gelangt durch die obere Münheißen Gasen. Dabei werden die Menge, die Tempe- dung 7 einer senkrechten Leitung 8 bis in die Nähe ratur und die chemische Zusammensetzung der des Rostes 9 der unteren Etage und wird oberhalb beiden Wirbelgasströme getrennt eingestellt. des Rostes in der Schichtig aufgewirbelt.

Die reduzierenden Gase, die in die dritte fluidi- io Das geröstete und vollständig oxydierte Erz gesierte Schicht eingespritzt werden, bestehen aus Zer- langt dann durch die obere Mündung 10 einer Abfühsetzungsprodukten von Leichtbenzin. Die Re- rungsleitung 11 bei 12 in einen Reduktionsreaktor duktionsprodukte können auch erhalten werden, in- 13, der zwei Etagen 14 und 15 aufweist, auf welchen dem Leichtbenzin unmittelbar in die dritte fluidisierte die magnetisierende Reduktion bzw. Zurückgewin-Schicht eingespritzt wird. Es ist möglich, einen Teil i₅ nung der nutzbaren Wärme des Erzes in den fluidider nutzbaren Wärme des austretenden Erzes auf ein sierten Schichten F₃ und F₄ ausgeführt wird. Eine neues Erz zu übertragen, das der ersten fluidisierten Strömung C₁, C₅, C₆ von heißen Gasen, die aus dem Schicht zugeführt wird. Ebenso kann wenigstens ein ersten Reaktor herkommen, fluidisiert das Erz in den Teil der austretenden Gase und Rauchgase zum Vor- Betten F₄ und F₃. Im Reaktor 13 gelangt das gewännen der Luft und des Brennstoffs benutzt werden, ao röstete Erz, das aus der unteren Etage des ersten Redie in einer Verbrennungskammer verwendet werden, aktors herkommt, bei 12 in die Nähe eines Rostes 16 welche die Rauchgase und heißen Gase erzeugt, um und wird oberhalb dieses Rostes in der Schicht F₃ die erste Strömung der Wirbelgase zu bilden. fluidisiert. Bei 17 eingeführtes Leichtbenzin gelangt

Schließlich kann die Oxydation des Erzes während durch den Rost 16 in die Wirbelschicht F₃. Das der Röstphase vollendet werden, indem die Gegen- 25 Leichtbenzin zersetzt sich beim Eintritt in die Wirwart von Sauerstoff in den Gasen und Rauchgasen belschicht, die eine erhöhte Temperatur aufweist, sichergestellt wird, welche die Schicht aufwirbeln, in _Und die Zersetzungsprodukte bilden die Reduktionsder das Rösten erfolgt.. materialien für das Erz. Das reduzierte Erz gelangt

Daraus ergibt sich, daß das erfindungsgemäße durch die obere Mündung 18 einer senkrechten Leistufenweise Verfahren in aufeinanderfolgenden 30 tung 19 bis in die Nähe eines Rostes 20 in der Etagen getrennter Reaktoren ermöglicht, bessere me- unteren Etage und wird oberhalb dieses Rostes in der tallurgische Ergebnisse sowie Ersparnisse des Ener- Schicht F₄ fluidisiert. Die untere Etage 15 bildet einen gieverbrauchs zu erzielen. Wärmerekuperator. Ein Rohrbündel 21 ist abgedich-

Die Anwendung der Eluidisierung ermöglicht eine _tet durch das Wirbelbett F₄ in dieser Etage hindurchleichte Kontrolle der Zusammensetzung der Gase ₃₅ geführt, wo ein erheblicher Teil der nutzbaren Wärme und eine vollkommene Homogenisierung der Tempe- des Erzes einerseits an neues Erz, das auf pneumaraturen, was zusammen mit der vollständigen Oxy- tischem Wege durch das Rohrbündel gefördert wird, dation des Erzes während des Röstens die Regel- _und andererseits an die Wirbelgase abgegeben wird, mäßigkeit der Ergebnisse gewährleistet. Das behandelte Erz wird durch eine Leitung 22 abge-

Wenn andererseits die Gase gemäß der Erfindung ₄₀ führt.

in der Reihenfolge Rösten—Reduktion verwendet Das neue Erz wird aus einem Trichter 23 mittels

werden, gelangen zum Einlaß der Röstetage Gase mit einer Förderschneckella zugeführt. Bei A zugeerhöhtem thermischem Niveau, was einen Wirkungs- führte und bei 24 eingespritzte Druckluft ermöglicht grad ergibt, der jenem der bekannten Verfahren und die pneumatische Förderung des nicht behandelten Vorrichtungen überlegen ist, bei welchen die Gase in ₄₅ Erzes über eine Leitung 25 in das Rohrbündel 21, der Reihenfolge Reduktion—Rösten umlaufen und _wo das Erz vorgewärmt und teilweise entwässert daher mit einem sehr niedrigen thermischen Niveau _w}_r(j. Das neue Erz wird dann längs der Pfeile A₂ in die Röstetage gelangen. und A_s in einen Abscheider 26 gefördert und im

Wenn ein flüssiger Brennstoff und Leichtbenzin Trichters abgelagert. Die pneumatische Förderluft zum Erhitzen bzw. zur Reduktion verwendet werden, _{5o w}j_rd bei E₁ und E₀ abgeführt und kann gegebenenwäre überdies eine gemäß der Erfindung ausgebildete f _au_{s w}i_eder verdichtet und entweder zur pneuma-Anlage von Kohlengruben unabhängig und würde tischen Förderung oder zur Aufwirbelung verwendet ermöglichen, das magnetisierende Rösten ent- werden.

sprechend dem Vorkommen des Erzes in einem von Brennstoff und Verbrennungsluft werden bei B₁

jeder metallurgischen Fabrik entfernten Bergwerk an _{55 U}nd B₂ in die Leitungen 27, 28 eingeführt und in Ort und Stelle vorzunehmen. Wärmeaustauschern durch die Strömung C₆ der

In der Zeichnung ist schematisch eine beispielhafte heißen Gase erhitzt, die aus der Reduktionsetage her-Ausführungsform einer Anlage zum magnetisieren- kommen. Um die Zeichnung nicht zu komplizieren, den Rösten mit kontinuierlichem Betrieb zur Aus- wurden die Wärmeaustauscher in vereinfachter Form führung des Verfahrens gemäß der Erfindung darge- 60 dargestellt. Der die Luft erhitzende Wärmeausstellt, tauscher wird durch die Schlange der Leitung 28 dar-

Ein Röstreaktor 1 weist zwei Etagen 2 und 3 auf, gestellt, die durch den oberen Teil der Reduktionsauf welchen eine entwässernde Erhitzung in einer etage hindurchgeht. Der den Brennstoff erhitzende fluidisierten Schicht F₁ bzw. ein Rösten zwecks voll- Wärmeaustauscher wird durch die Schlange 29 darständiger Entwässerung, Entkohlung und Oxydation 65 gestellt, die einen Teil des geschlossenen Kreislaufs in einer fluidisierten Schicht F₂ ausgeführt werden. der Leitung 3ö umgibt, welche bei 30 a durch den Eine Strömung C, C₁, C₂ von heißen Gasen, die aus oberen Teil der Reduktionsetage hindurchgeht, einer Verbrennungskammer 4 herkommen, fluidisiert Dieser Kreislauf enthält ein Zwischenmedium, das

Claims (1)

1. 5 6

   einen Teil der von der Schlange 30 α aufgenommenen zonen gegebenenfalls erhitzt, geröstet, reduziert Wärme bis zum Wärmeaustauscher29 fördert, in und abgekühlt wird, dadurch gekennwelchem der Brennstoff erhitzt wird. Die Verbren- zeichnet, daß das Erz mindestens in den in nungsluft gelangt in einen Brenner 31, der in der getrennt nebeneinander angeordneten Wirbel-Verbrennungskammer 4 angeordnet ist, welche unter- 5 Schichtzonen erfolgenden Rost- und Reduktionshalb des Verflüssigungsrostes der Röstetage liegt. Der phasen von je einem gesonderten, unabhängigen Brennstoff wird teilweise in den Brenner 31 und teil- und hinsichtlich seiner chemischen Zusammenweise unmittelbar in die Wirbelschicht F₂ mittels setzung, seiner Strömungsgeschwindigkeit und Einspritzdüsen eingeführt, von denen eine bei 32 seiner Temperatur je beliebig einstellbaren, die dargestellt ist. io Durchwirbelung bewirkenden Gasstrom durch-

   Am oberen Ende der oberen Etage des Rost- strömt wird.

   reaktors teilt sich die Strömung C₂ der Gase und 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-

   Rauchgase in zwei Teilströmungen E₃ und C₃, von kennzeichnet, daß in die Wirbelschichtzone, in

   denen die eine abgeführt wird, während die andere der die Röstung erfolgt, Rauchgas oder heiße

   wieder verwendet wird. 15 Verbrennungsgase als die Durchwirbelung bewir-

   Durch Ventile V₁ und V₂ können die Förder- kender Gasstrom eingeführt werden,

   mengen dieser beiden Strömungen eingestellt werden. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,

   Die Strömung C₃ wird über eine Leitung 33 in das dadurch gekennzeichnet, daß in die Wirbeluntere Ende des Reduktionsreaktors 13 eingeführt, schichtzone, in der die Reduktion erfolgt, reduwo sie wieder erhitzt wird, indem sie einen Teil der 20 zierende Gase, vorteilhaft aus Zersetzungspronutzbaren Wärme des reduzierten Erzes aufnimmt, dukten von Leichtbenzin bestehende Gase oder das sie in Schicht F₄ verflüssigt. Die gasförmige Strö- Leichtbenzin unmittelbar, als die Durchwirbelung mung C₆, C₇ wird durch eine Leitung 34 abgeführt. bewirkender Gasstrom eingeführt werden.

   Es ist möglich, mit einer solchen Anlage den 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, da-

   Energieverbrauch auf einen Wert zu senken, der zwi- 25 durch gekennzeichnet, daß in der Wirbelschicht-

   schen 200000 und 250000 kcal für eine Tonne des zone, in der die Erhitzung erfolgt, und in der

   trockenen Erzes liegt, das am Anfang folgende Zu- Wirbelschichtzone, in der die Röstung erfolgt, als

   sammensetzung aufweist: die Durchwirbelung bewirkender Gasstrom ein

   n;-»„ ,„on; μ con/ gleicher Gasstrom verwendet wird, der im Gegen-

   bisen 34,8 °/o (davon 5,8 % & „ „ . ,. , -,-, .. , . . ^& ,.

   w " rti F" en"» ³° strom zur Fallnchtung des Erzes zunächst in die

   „ ,, ^ ' Röstzone und dann in die Erhitzungszone geleitet

   Kohlendioxyd 4,8% _wird>

   Siliciumdioxyd 36,7% 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, da-

   Wasser 6,5 °/o durch gekennzeichnet, daß in der Wirbelschicht-

   35 zone, in der die Reduktion erfolgt, die die Durch-

   Die aufeinanderfolgenden Behandlungstempera- wirbelung in der Röstzone bewirkenden Gase in-

   turen sind folgende: direkt erhitzt werden.

   . 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, da-

   300 Cm Wirbelschicht F_{1 durdl} gekennzeichnet, daß in der Wirbelschicht-

   (Vorwarmung und teilweise _{40 zone in der die} Abkühlung erfolgt, das feinkör-

   Entwässerung), _{nige Erz} indirekt vorerhitzt wird.

   900° C in Wirbelschicht F₂ 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, da-

   (Rösten und vollständige durch gekennzeichnet, daß ein Teil der Abgase

   Oxydation), aus der Wirbelschichtzone, in der die Röstung

   760° C in Wirbelschicht F₃ 45 erfolgt, und die vorteilhaft auch zur Durchwirbe-

   (magnetisierende Reduktion), lung in der Erhitzungszone eingesetzt worden

   durchschnittlich 300° C in Wirbelschicht F₄ ^sind' ^a?^{s die} ^¹Ti l™⁸ ^wütender ⁰^"

   (Wärmerekuperator). f rom in der Wirbelschichtzone, in der die Abkühlung erfolgt, verwendet wird.

   Man verwendet Verbrennungsgase, da sie ungefähr 50 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, da-2%> freien Sauerstoff enthalten, wodurch die voll- durch gekennzeichnet, daß in der Wirbelschichtständige Oxydation des zweiwertigen Eisens ermög- zone, in der die Reduktion erfolgt, und in der licht wird und am Ausgang der Röstetage ein Pro- Wirbelschichtzone, in der die Abkühlung erfolgt, dukt von konstanter und ganz bestimmter Zusam- als die Durchwirbelung bewirkender Gasstrom mensetzung erhalten wird, das die Durchführung der 55 ein gleicher Gasstrom verwendet wird, der im Reduktion erleichtert. Gegenstrom zur Fallnchtung des Erzes zunächst Die Verflüssigungsgase enthalten bei ihrem Ein- in die Abkühlungszone und dann in die Retritt in die Wirbelschicht F₁ keinen freien Sauerstoff duktionszone geführt wird,
   mehr. 9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah-Die Temperatur der aus der Anlage austretenden 60 rens nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeich-Rauchgase beträgt ungefähr 200° C. net durch einen eine Röstzone (3) und vorzugsweise auch eine Erhitzungszone (2) enthaltenden Röstreaktor (1) und einen eine Reduktionszone

   Patentansprüche: (14) _und vorzugsweise auch eine Abkühlzone (15)

   65 enthaltenden Reaktionsreaktor, die getrennt

   1. Wirbelschicht-Verfahren zur magnetisieren- nebeneinander angeordnet sind,

   den Reduktion von Eisenerz, wobei das feinkör- 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekenn-

   nige Erz nacheinander in mehreren Wirbelschicht- zeichnet durch eine Wärmeaustauschvorrichtung

   (29) zur Vorwärmung des in den Reaktor (1) geleiteten Röstgases (B₁) mittels aus der Reduktionszone (14) abgeführter Wärme.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch einen weiteren Vorratsbehälter (23) für das zu röstende Erz, der mit einer Fördervorrichtung (lla) und einer Förderleitung (24) in Verbindung steht, in der eine innerhalb der Abkühlzone (15) im Reaktor (13) angeord-

   nete Vorwärmanlage (21) für das zu röstende Erz eingebaut ist, und die in den Vorratsbehälter (5) mündet.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 973 557, 974 379;
   britische Patentschrift Nr. 880 792;
   Bericht III2 des brit. Kongresses für Mineralienaufbereitung, 1957.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen