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Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von flüssigem Eisen aus den
Eisenerzen unter Verwendung von Öl oder Erdgas als Reduktionsmittel Eine
wichtige Aufgabe der Technik auf dem Gebiet der Eisengewinnung besteht darin
' einfache Verfahren zur Verfügung zu stellen, die es ermöo,-liehen, auf
direktem Weg flüssiges Eisen aus den Eisenerzen unter Verwendung von 01 oder
Erdgas als Reduktionsmittel herzustellen. Es sind bereits Verfahren bekannt, bei
denen dieser Gesamtprozeß in mehrere Stufen unterteilt ist, z. B. derart, daß in
einem Teilprozeß zunächst das Öl oder das Erdgas zu einem in der Hauptsache
aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff bestehenden Reduktionsgas umgesetzt wird, während
in einem zweiten Verfahrensschritt dieses Reduktionsgas unterhalb der Sintertemperatur
unter Gewinnung von Eisenschwamm mit Eisenerz zur Reaktion gebracht wird und wobei
schließlich dieser Eisenschwamm in einem dritten Verfahrenssehritt in einem besonderen
Schmelzofen zu flüssigem Eisen erschmolzen wird.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, Eisen unmittelbar aus Erzen
in der Weise zu gewinnen, daß zur Reduktion der Eisenerze und gleichzeitiger Einschmelzung
des dabei entstehenden Eisens reiner Sauerstoff -leichzeitig mit einem anderen Gas
vermischt oder getrennt in die in einen besonderen Kohlenraum eingetragene Steinkohle
eingeblasen und der dabei resultierende Gasstrom dem gesonderten Schmelzraum zugeführt
wird. Bei diesem Verfahr - en ist der Herdraum seitlich oben und direkt mit
dem Erzraum verbunden angeordnet. Oberhalb des Herdraumes befindet sich der Kohlenraum.
Die Nachteile dieses Vorschlages, der sich in der Praxis nicht eingebürgert hat,
bestehen darin, daß zu seiner Durchführung feste Brennstoffe erforderlich sind,
das geschmolzene Eisen mit dem festen Kohlenstoff in Berührung steht und dadurch
aufgekohlt wird und das Aufschmelzen des Erzes zwangläufig nach Maßgabe der Wärmeerzeugung
im Herd und ohne Rücksicht auf den Reduktionsgrad erfolgt.
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Das vorliegende Verfahren nach der Erfindung löst die Aufgabe, diesen
Gesamtprozeß in einem einzigen zusammenhängenden Reduktions- und Schmelzaggregat
durchzuführen, ohne die Nachteile eines der bekannten Verfahren in Kauf nehmen zu
müssen. Es besteht darin, daß das Öl oder das Erdgas oder Mischungen beider
zunächst für das Erschmelzen des Eisenschwamms in einem geeigneten Herdofen herangezogen
wird dadurch. daß diese Brennstoffe mit hochvorgewärmter Luft verbrannt werden.
Es wird hierbei ein Schmelzofen angewandt, der wannenförmig ausgebildet ist und
bei dem der oder die Öl- bzw. Erdgasbrenner an der einen Schmalseite angebracht
sind. Die Flamme streicht unter Wärmeabgabe über den Herd und verläßt den Schmelzofen
an der den Brennern gegenüberliegenden Stirnseite. An dieser Stirnseite ist ein
Schrägherd angebracht, der in die Herdwanne mündet. über dem Schrägherd befindet
sich ein Ofenschacht, der mit dem zu reduzierenden Eisenerz geeigneter Stückigkeit
angefüllt ist. Der Inhalt des Schachtes ist auf dem Schrägherd abgestützt und bildet
nach dem Herdofen zu eine Böschung. Durch diese frei abgeböschte Flanke der Beschickungssäule
treten die Abgase aus dem Herdofen in diese ein. Zuvor werden diese Abgase aber
durch Einspritzen von Öl und/oder Erdgas so weit abgekühlt, daß ihre Temperatur
unterhalb des Schmelzpunktes des reduzierten Eisenerzes liegt, z. B. bei 12001
C.
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Vor der Einblasestelle von Öl und/oder Erdgas am Austrittsende
des Herdofens haben die Abgase desselben eine Temperatur, die oberhalb des Eisen-und
Schlackenschmelzpunktes liegt, beispielsweise bei 16001 C. Infolge dieser
hohen Temperatur und der oxydierenden Bestandteile des Abgases werden das eingeblasene
Öl und/oder das eingeblasene Erdgas weitgehend gekrackt bzw. mittels der
oxydierenden Bestandteile des Abgases zu in der Hauptsache aus Kohlenmonoxyd und
Wasserstoff bestehenden Reduktionsgasen umgewandelt. Durch den Luftüberschußfaktor
an den Brennem des Schmelzofens in Verbindune, mit der -ewählten Luftvorwärmun-
und die Intensität der Verteilung des gegebenenfalls ebenfalls vorgewärmten Öles
bzw. Erdgases, das in das Schmelzofenabgas eingeblasen wird, hat man es in
der
Hand, die Gaszusammensetzung bei Eintritt in die Beschickungssäule des Schachtes
weitgehend zu variieren bzw. einzustellen.
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Das Verfahren kann z. B. so betrieben werden, daß man die Verbrennunc,
an den Brennem des Schmelzofens bereits so durchführt, daß eine stark reduzierende
Flamme entsteht. Derartige Bedingungen können insbesondere dadurch erzielt werden,
daß man das ","erbrennungsmedium hoch vorwärmt und/ oder sauerstoffangereicherte
Verbrennungsluft verwendet, so daß trotz Teilverbrennung des Brennstoffes die erforderlichen
hohen Schmelztemperaturen erreicht werden. Beim weiteren Einblasen von
01 bzw. Erdgas in die Abgase des Schmelzofens findet eine so weitgehende
Anreicherung der Gase mit reduzierenden Bestandteilen statt, daß ein Reduktionsgas
mit ausreichend reduzierender Qualität entsteht. Man kann das Verfahren nach der
Erfindung aber auch so durchführen, daß man den Schmelzofen mit normaler, gegebenenfalls
leicht oxydierender Flamme betreibt und daß man das am Schmelzofe-nende in die Abgase
eingeblasene öl oder Erdgas mit verhältnismäßig geringer Verteilungsintensität
einbläst, so daß eine weitgehende Krackung unter Bildung von Krackkohlenstoff erfolgt
mit Unterdrückung der Bildung eines Reduktionsgases durch Reaktion des Krackkohlenstoffes
mit den oxydierenden Bestandteilen der Schmelzofenabgase. In diesem Fall dient der
Krackkohlenstoff zum wesentlichen Teil als Reduktionsmittel für das Eisenerz.
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Die durch die offene abgeböschte Flanke des Schachtinhalts in diesen
eingetretenen Abgase des Schmelzofens durchströmen den Schacht in vertikaler Richtung,
und sie wärmen hierbei das Eisenerz im Gegenstrom vor und reduzieren diese. Die
am oberen Ende aus dem Schacht austretenden Abgase enthalten noch fühlbare Wärme
sowie brennbare Bestandteile, wie Kohlenmonoxyd, Wasserstoff, staubförmigen Krackkohlenstoff
und - ebenenfalls Reste el tIeg von ungekracktem Kohlenwasserstoff.
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Die günstige Ausnutzung der Abgase des Ofenschachtes zum Zweck der
Rückführung der verschiedenartigen Energieinhalte in den Prozeß gehören zur %iterausgestaltung,
der vorliegenden Erfindung. Die Kühlung der Abgase kann in einem Abhitzekessel
durchgeführt werden, es können aber auch direkte oder indirekte Kühler bekannter
Bauart Verwendung finden. Aus dem gekühlten Abgas wird in einem Staubabscheider
an sich bekannter Bauart der Staub abgeschieden, der je nach der Führung
des Verfahrens im Herdofenteil mehr oder minder große Menaen an Krackkohlenstoff
enthält. Dieser Krackkohlenstoff wird erfindungsaemäß als wertvolles Reduktionsmittel
in den Prozeß zurückgeführt, und zwar dadurch, daß er entweder mit feinkörnigem
Eisenerz zusammen in Stückform übergeführt wird durch einen an sich bekannten Agglomerierprozeß
- z. B. Pelletisieren oder Brikettieren - und in dieser Form dem Reduktionsschacht
wieder zu-eführt wird. Die Rückführung des Krackkohlenstoffes in den Prozeß kann
aber auch so erfolgen, daß dieser durch eine g geeignete C Vorrichtung in den Schmelzofen
ein-,-eführt wird.
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Diese Einführung des Krackkohlenstoffes in den Schinelzofen kann zweckmäßig
verbunden werden mit dem Mechanismus der Bewegung des Schachtinhalts über den Schrägherd.
Diese Abwärtsbewegung erfolgt mittels einer Stoßvorrichtung, bei der ein über die
gesamte Breite des Schrägherdes reichender Stempel an der dem Schmelzofen abgewandten
Seite über dem Schrägherd in die Schachtofenbeschickung hineinbewegt wird und diese
abwärts drückt- Der Stempel wird jeweils um eine geringe Entfernung - z.
B. 30 cm - in die Ofenbeschickung hineingedrückt und dann wieder zurückgezogen,
wobei ein Hohlraum freigegeben wird, der durch die Ofenbeschickung wieder aufgefüllt
wird. Es ist vorgesehen, daß in diesen Hohlraum der Krackkohlenstoff eingeführt
wird, der auf diese Weise mit der Ofenbeschickun g vermischt wird. Es entsteht
direkt über der Oberfläche des Schrägherdes eine stark mit Kohlenstoff angereicherte
Zone, die einmal dazu führt, daß eine gewisse Schmierwirkung des Kohlenstoffes an
der Oberfläche des Schrägherdes entsteht, wodurch der Abrieb, der durch die Bewegung
über den Schrägherd erfolgt, vermindert wird. Zum anderen wird der Kohlenstoff bei
der Abwärtsbewegung über den Schrägherd in den Herdofen in das im Herdofen liegende
Bad hineingestoßen, was zu einer günstigen Reduktionswirkung auf das in diesem Bereich
zu erschmelzende Eisenerz führt.
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Das Verfahren nach der Erfindung kann auch so durchgeführt werden,
daß in die Brenner des Schmelzofens an Stelle von öl oder Erdgas das aus
dem Schacht entweichende Abgas eingeführt wird, wobei dieses Abgas zunächst gekühlt
und von seinem Staubgehalt befreit und danach wieder auf eine hohe Temperatur vorgewärmt
sein kann. Das öl oder Erdgas wird in diesem Fall ganz oder in der Hauptsache
in das aus dem Schmelzofen abgeführte Abgas eingeblasen.
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Des weiteren gehört es zu den Maßnahmen im Rahmen der vorliegenden
Erfindung, daß die Vorwärmung der Ausgangsstoffe, insbesondere der Verbrennungsluft,
durch Verwendung des Abgases aus dem Reduktionsprozeß als Heizmittel erfolgt.
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In der Ab b. 1 ist das Verfahren nach der Erfindung als schematischer
Schnitt durch ein Reduktionsaggregat dargest--Ilt. 1 ist der Herdofenteil,
2 ist der Schräghe.rd, 3 ist der Schachtofenteil, 4 ist ein Brenner an der
einen Stirnseite des Herdofens, 5 ist eine Einblasedüse für das Einblasen
von öl oder Gas in die Abgase des Herdofens, 6 ist eine Auslaßöffnung
am Boden des Herdofens für das flüssige Eisen, 7 ist eine Auslaßöffnung für
die flüssige Schlacke, 8 ist eine Stoßvorrichtung für die Abwärtsbewegung
des Schachtinhalts über den Schrägherd 2 hinweg. Der Erzmöller 9 wird in
stücki-er Form am oberen Ende des Reduktionsschachtes 3 aufgegeben. Er bildet
am unteren Ende des Reduktionsschachtes 3 über dem Schrägherd 2 zu dem Herdofen
1 hin eine Böschung 10. Durch Aufschmelzen des im Ofenschacht reduzierten
Eisenerzes bildet sich am Boden des Herdofens 1 eine Schicht von flüssigem
Eisen 11 und darüber eine Schicht von flüssiger Schlacke 12. Bei der hauptsächlichen
Ausführungsform des Verfahrens wird durch den Brenner 4 ein Ölstrom 13 und
ein Strom von vor,-e-#,värmter Verbrennungsluft 14 in den Herdofen ein-eführt und
hier verbrannt. In die den Herdofen verlassenden Abgase wird durch die Düsc
5 ein Ölstrom 15 fein verteilt eingespritzt, so daß er weitgehend
gekrackt und zu einem Reduktionsgas umgewandelt wird. Das Gesamtgas tritt durch
die Böschung 10 in den Inhalt des Schachtes 3
ein, strömt in diesem
nach oben und verläßt als Ab-
gasstrom 16 den Schacht an seinem oberen
Ende.
Die A b b. 2 ist ein Verfahrensschema einer hauptsächlichen
Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung. Das Reduktionsaggregat besteht
wiederum aus dem Schmelzherd 1, dem Schrägherd 2 und dem Reduktionssehacht
3. In den Schmelzherd 1 werden die Ölströme 13 und
15 eingeführte des weiteren der Heißluftstrom 14. In den Schachtteil
3 des Reduktionsaggregates wird der Erzstrom 9
eingeführt, aus dem
Schmelzherd werden der Eisenstrom 17 und der Strom an flüssiger Schlacke
18 abgeführt. Aus dem Schachtteil des Reduktionsaggregates entweicht der
Abgasstrom 16. Der Abgasstrom 16 gelangt in einen Abhitzekessel oder
Kühler 19, in dem z. B. als Nebenprodukt Dampf 20 erzeugt wird. 1)as Abgas
wird danach durch den Staubabscheider 21 geleitet, in dem Krackkohlenstoff und Erzstaub
Z2 abgeschieden werden. Diese Produkte, werden durch eine Agglomerieranlage
23 gegeben, in der sie giit Feinerz 24 zusammen stückig gemacht werden, z.
B. in Form von Pellets. Die Pellets 25 werden zusammen mit weiterem Stückerz
26 und gegebenenfalls mit Zuschlägen 27 in den Reduktionsschacht eingeführt.
Die Abgase werden hinter dem Staubabscheider in einem Winderhitzer 28 verbrannt,
den 5ie als verbranntes Abgas 29 verlassen. In dem Winderhitzer
28 wird die Kaltluft 30 zur Heißluft 14 umgewandelt.