DE1224337B

DE1224337B - Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm

Info

Publication number: DE1224337B
Application number: DEM62709A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Guenter Heitmann
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1964-10-09
Filing date: 1964-10-09
Publication date: 1966-09-08
Also published as: BE670732A; BR6573875D0; NL6513056A; GB1066537A; US3486883A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C21b

Deutsche KL: 18 a-1/08

Nummer: Aktenzeichen: Anmeldetag:
Auslegetag:

M62709VI a/18 a
9. Oktober 1964
8. September 1966

Es ist bekannt, stückigen Eisenschwamm durch direkte Reduktion von Pellets aus oxydischen Eisenerzen im Drehrohrofen mit Hilfe fester kohlenstoffhaltiger Reduktionsmittel zu erzeugen. Die Eisenerzpellets können z. B. in Form hartgebrannter kohlenstofffreier Pellets in ein Bett des kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels eingetragen werden.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Kohle-Erz-Briketts mit Reduktionsmitteln ohne Schmelzung in festen Zustand zu reduzieren, wobei die Deckung des gesamten Wärmebedarfs des Prozesses durch im Kreislauf geführte und wieder aufgeheizte feste, körnige Wärmeträger erfolgt. Den Briketts werden als gleichwertig Stückerze, Sinter und gehärtete Pellets gegenübergestellt. Dieses Verfahren konnte aber keinen Eingang in die Praxis gewinnen, da die Einbringung des gesamten Wärmebedarfes durch feste Wärmeträger große Nachteile und apparative Aufwendungen bedingt. So muß der Wärmeträger vor dem Eintritt in den Ofen mindestens auf die Maximaltemperatur des Prozesses gebracht werden, und außerdem ist ein sehr großes Verhältnis von Wärmeträger zu Durchsatzprodukt erforderlich. Die für dieses Verfahren vorgeschlagenen Vorrichtungen und Durchführungsanweisungen zeigen denn auch die Verwendung mehrerer Schacht- und Aufheizöfen bzw. kompliziert ausgestaltete Drehrohröfen und die Aufheizung des Wärmeträgers auf etwa 1200° C vor der Aufgabe in die öfen sowie die Zugabe der dreifachen Menge von Wärmeträgern im Verhältnis zum Durchsatzprodukt.

Weiter sind auch Vorschläge bekanntgeworden, an Stelle von hartgebrannten Pellets Grünpellets in den Reduktionsofen einzuführen, d. h. Pellets, wie sie bei der Verformung der feinkönigen Erze mit Wasser, gegebenenfalls unter Zuschlag festigkeitserhöhender Zusätze, wie Bentonit, Kalkhydrat od. dgl., auf dem Pelletisierteller oder in der Granuliertrommel ohne weitere thermische Behandlung anfallen.

Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Grünfestigkeit der Erzpellets wesentlich niedriger ist als die von hartgebrannten Pellets, so daß im Reduktionsofen ein erheblicher Anfall an feinkörnigem Abrieb auftritt. Hinzu kommt, daß die Trockenfestigkeit von Pellets mancher Erze noch wesentlich schlechter ist als ihre Grünfestigkeit, so daß Grünpellets solcher Erze im Reduktionsofen praktisch vollständig zerfallen, noch bevor sie durch die Erhitzung im Ofen gehärtet worden sind. Dies gilt besonders für Pellets aus hämatitischen Erzen, wäh- so rend Pellets aus magnetitischen Erzen eine wesentlich bessere Grünfestigkeit und insbesondere Trocken-Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm

Anmelder:

Metallgesellschaft Aktiengesellschaft,

Frankfurt/M., Reuterweg 14

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Günter Heitmann,
Frankfurt/M.-Niederrad

festigkeit haben. Vor allem ist der Abfall von Grünfestigkeit auf Trockenfestigkeit bei magnetitischen Erzen wesentlich geringer als bei hämatitischen, häufig sogar gleich Null, und kann, wenn er überhaupt auftritt, durch festigkeitserhöhende Zusätze in tragbaren Mengen, wie z. B. durch Zusatz von 0,5 bis l°/o Bentonit, vollkommen ausgeglichen werden.

Dagegen haben festigkeitserhöhende Zusätze zu Pellets aus rein hämatitischen Erzen in Mengen, wie sie technisch und wirtschaftlich in Betracht kommen, d. h. in Mengen bis zu maximal etwa 3 %, keinen ausreichenden Einfluß auf den Anfall an Feinkorn.

Jedoch ist auch die Grün- und Trockenfestigkeit von Pellets aus magnetitischen Erzen um so viel kleiner als ihre Festigkeit im hartgebrannten Zustand, daß etwa 5O°/o der Pellets aus magnetitischen Erzen während der direkten Reduktion im Drehrohrofen zu Feinkorn zerfallen. Dabei ist als Feinkorn der Anteil unter 3 mm definiert, während der Anteil zwischen 3 mm und der ursprünglichen Pelletsgröße, üblicherweise etwa 8 bis 15 mm, als Pelletsbruch bezeichnet wird. Ein Anfall von Abrieb in der Höhe von 5O°/o ist aber selbstverständlich nicht nur wirtschaftlich, sondern auch rein verfahrenstechnisch nicht tragbar, weil er im Verfahrensgang erhebliche Störungen hervorruft und den Erfolg der Operation weitgehend in Frage stellt. Es ist aber möglich, den Anfall an Abrieb bei Verwendung von Pellets aus magnetitischen Erzen durch Zusatz von etwa 0,5 % Bentonit zu den Pellets auf rund 20 % zu senken.

Es wurde nun gefunden, daß der Zerfall von feuchten Grünpellets aus magnetitischen Erzen zu Feinkorn während der Reduktion zu Schwammeisen dadurch weitgehend eingeschränkt werden kann, daß ihre Erhitzung wesentlich rascher durchgeführt wird, als dies bisher der Fall war. Während nach den bekannten Verfahren die Ofencharge und damit auch die

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Eisenerzpellets auf die Härtungstemperatur von min- · Pellets heraufsetzen, wie z. B. bestimmte lateridestens 900° C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von tische Erze. Der Zusatz an solchen Erzen beträgt etwa 8 bis 15° C/min gebracht werden, erfolgt erfin- mindestens 20%, vorzugsweise 40 bis 5O°/o.
dungsgemäß die Erhitzung mit einer Geschwindigkeit Die Maßnahmen a) bis c) können wahlweise entvon mindestens 25° C/min, vorzugsweise 30 bis 5 weder allein oder auch kombiniert, gegebenenfalls 50° C/min. Als Härtungstemperatur wird .die Tem- auch in Verbindung mit weiteren an sich bekannten peratur bezeichnet, bei der die Verfestigung der Pel- Maßnahmen zur Festigkeitssteigerung, z. B. mit Zulets durch Bildung von metallischem "Eisen mit aus- satz von Kalkhydrat, angewendet werden. Für die reichender Geschwindigkeit verläuft, so daß die -Pel- erfindungsgemäße rasche Aufheizung eignen sich in lets im weiteren Verlauf des Prozesses durch mecha- io jedem Fall sowohl Grünpellets mit wie auch solche nische Beanspruchung nicht mehr zerrieben werden. ohne eingebundenem Kohlenstoff.
Diese hohe Aufheizgeschwindigkeit wird erfindungs- Das Einbinden von Kohle, speziell von backender gemäß dadurch erreicht und überschritten, daß die Kohle, in Pellets sowohl aus hämatitischen als auch feuchten Grünpellets dem mit dem festen kohlenstoff- aus magnetitischen Eisenerzen oder Eisenerzkonhaltigen Reduktionsmittel und gegebenenfalls mit 15 zentraten hat außerdem den Vorteil, daß die Redukschwefelbindenden Zuschlägen, wie Kalk oder DoIo- tion der Eisenoxyde in den Pellets infolge der innigen mit, bereits beschickten Drehrohrofen an einer Stelle Vermischung von Erz und Reduktionsmittel bereits aufgegeben werden, an der diese Beschickung eine bei relativ niedrigen Temperaturen mit sehr großer Temperatur von mindestens 700° C, vorzugsweise Geschwindigkeit abläuft. So werden z.B. Pellets mit mindestens 900° C oder darüber hat. 20 20% eingebundener Backkohle durch einstündige

Bei feuchten Grünpellets aus magnetitischen Erzen Reduktion bei 1000° C praktisch völlig reduziert,

genügt bereits diese Maßnahme für sich aHein, um während bei üblicher Reduktion allein durch ein

den Anfall an Feinkorn während der Reduktion weit- äußeres Bett von festen Reduktionsmitteln bei glei-

gehend, d.h. von rund 50% bis auf etwa 25% zu eher Temperatur mehr als die doppelte Zeit benötigt

senken. Vorzugsweise wird jedoch die Maßnahme der 25 wird. Darüber hinaus bewirkt die eingebundene Kohle

erhöhten Aufheizgeschwindigkeit mit der an sich be- bei Temperaturen von 1100 bis 1200° C eine rasche

kannten Maßnahme der Zugabe von etwa 0,5 % Aufkohlung des gebildeten Schwammeisens, wodurch

Bentonit während der Pelletisierung verbunden, wo- dej Erweichungspunkt der Eisenpartikel in den PeI-

durch es gelingt, den Anfall an Abrieb während der lets herabgesetzt und ein stärkeres Verschweißen bzw.

Reduktion auf weniger als 10% zu senken. 30 Zusammentritten der Partikel bewirkt wird. Dadurch

Eine weitere bevorzugte Maßnahme besteht darin, werden Pellets mit sehr hoher Festigkeit und Dichte

an Stelle des Bentonitzusatzes oder in Kombination erzeugt.

mit diesem backende Kohle einzubinden, wobei die Das Einbinden von Kohle ist immer dann ange-

Menge der Kohlezugabe nach dem jeweils gewünsch- bracht, wenn auf hohe Reduktionsgrade, große

ten Restkohlenstoffgehalt im Endprodukt bemessen 35 Durchsatzleistungen sowie feste und dichte Pellets

wird. Der Zusatz an backender Kohle kann bis zu Wert gelegt wird. Dagegen ist es zweckmäßig, die

etwa 40% und vorzugsweise 15 bis 30% betragen. Reduktion ohne Einbinden von Kohle durchzufüh-

Zur Verhinderung des Zerfalls von Grünpellets aus ren, wenn gangartarme und möglichst schwefelfreie

hämatitischen Erzen während der Reduktion in aus- Schwammeisenpellets erzeugt werden sollen, weil bei

reichendem Maße genügt jedoch die erfindungsgemäß 40 Einbinden von Kohle sonst der in der Kohle enthal-

angewendete hohe Aufheizgeschwindigkeit noch nicht, tene Aschenanteil in den Pellets verbleibt und den

auch nicht in Verbindung mit dem Zusatz von Ben- Gangartgehalt der Pellets vergrößert,

tonit oder ähnlichen Bindemitteln. Selbst bei einem Bei der Verarbeitung von Pellets mit. eingebunde-

Zusatz von 3% Bentonit, der etwa der obersten tech- ner Kohle kann der Feinkornanfall erfindungsgemäß

nisch und wirtschaftlich tragbaren Grenze entspricht, 45 bereits dadurch erheblich gesenkt werden, daß die

liegt der Anfall an Abrieb bei normaler Aufheizge- Erzkohlepellets durch Eintragen in den heißen Teil

schwindigkeit (8 bis 15° C/min) über 50% und selbst des breite mit Kohle und gegebenenfalls schwefelbin-

bei einer Aufheizgeschwindigkeit von 50° C/min denden Zuschlägen beschickten Drehrohrofens mit

immer noch bei 35%. einer hohen Aufheizgeschwindigkeit auf etwa 400 bis

Jedoch ermöglicht die erfindungsgemäße hohe Auf- 50 500° C gebracht werden, d.h. auf den Bereich, in

heizgeschwindigkeit in Verbindung mit anderen Maß- dem die backende Kohle plastisch wird, und anschlie-

nahmen auch bei Einsatz von Pellets aus hämatiti- ßend mit einer geringeren Aufheizgeschwindigkeit

sehen Erzen eine Herabsetzung des Anfalles an Ab- weitererhitzt werden, so daß die durchschnittliche

rieb auf durchaus tragbare Werte. Diese anderen Aufheizgeschwindigkeit auf die Härtungstemperatur

Maßnahmen sind wahlweise: 55 unter 25° C/min liegen kann.

a) Einbinden von backender Kohle während des Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfin-Pelletierens, dung wird der während der Reduktion anfallende

b) Einbinden von im eigenen Verfahren erzeugtem Abrieb, in dem sich die Verunreinigungen der Kohle Eisenschwamm während der Pelletisierung in und der Zuschlagstoffe angereichert haben, in an sich Mengen bis zu etwa 25%, vorzugsweise etwa 60 bekannter Weise, zweckmäßig nach Aufmahlung 10%, . durch Flotation oder magnetische Scheidung, auf-

c) Zumischen magnetitischer Erze während der bereitet. Ein Teil des so rückgewonnenen feinkörni-Pelletisierung in ausreichenden Mengen, d. h. in gen Schwammeisens kann, wenn erforderlich, als

• Mengen von mindestens 20%, vorzugsweise etwa festigkeitsverbessernder Zusatz den Grünpellets der

4O^fl/o. 65 nächsten Charge zugesetzt werden. Die Zugabe erfolgt

An Stelle der magnetitischen Erze können auch in Mengen bis zu 25%, vorzugsweise 5 bis 10%.

solche Erze verwendet werden, welche die Ab- Der Rest wird zweckmäßig mit backender Kohle pel-

riebfestigkeit bzw. die Schocktemperatur der letisiert und zur Härtung in den Ofen zurückgeführt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Härtung von Eisenerzpellets durch partielle oder vollständige Reduktion im Drehrohrofen mittels festem Kohlenstoff unterhalb der Schmelztemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß die Grünpellets in die Zone des bereits mit festem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmitteln und gegebenenfalls mit schwefelbindenden Zuschlagen beschickten Drehrohrofens eingetragen werden, in der die Ofenbeschickung bereits eine Temperatur von mindestens 700° C, vorzugsweise 900° C und darüber, hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grünpellets mit einer Geschwindigkeit von mindestens 20° C/min, vorzugsweise 30 bis 50° C/min erhitzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Grünpellets vor oder während ihrer Herstellung an sich bekannte festigkeitserhöhende Zusätze, wie Bentonit oder Kalkhydrat, zugesetzt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Erzen vor oder während der Pelletisierung im eigenen Verfahren anfallender feinkörniger Eisenschwamm in Mengen bis zu 25%, vorzugsweise etwa 10%, zugesetzt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Pellets bakkende Kohle in Mengen bis zu etwa 40%, vorzugsweise 15 bis 30%, eingebunden wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu einer Temperatur von etwa 400 bis 500° C mit hoher und anschließend mit geringerer Aufheizgeschwindigkeit gefahren wird.

7. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6 auf die Reduktion von Pellets aus hämatitischen Erzen, dadurch gekennzeichnet, daß in die Pellets magnetitische Erze oder solche Erze, welche die Festigkeit der Grünpellets erhöhen, in Mengen von mindestens 20%, vorzugsweise etwa 40 bis 50%, eingebunden werden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem bei der Reduktion anfallenden Abrieb der Eisenanteil magnetisch abgetrennt und der davon nicht für die Verfestigung der Grünpellets benötigte Anteil gemeinsam mit backender Kohle pelletisiert wird.