DE1238941B - Verfahren zum Reduzieren von zerkleinertem oxydischem Eisenerz unter Verbrennung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff mit sauerstoffreichem Gas - Google Patents

Description

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DEUTSCHES

int. (Jl.:

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 18 a-13/00

1238 941
114209 VI a/18 a
7. Januar 1958
20. April 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reduktion von zerkleinertem bzw. körnigem oxydischem Eisenerz, indem durch Verbrennung eines festen, pulverförmigen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffs mit einem sauerstoffreichen Gas, das mindestens 85% Sauerstoff enthält, ein heißes, aschehaltiges, CO-reiches Reduktionsgas erzeugt wird und ferner das Reduktionsgas mit dem Eisenerz bei einer Temperatur von etwa 480 bis 980° C in Berührung gebracht wird.

Zur Herstellung von metallischem Eisen aus Eisenerzen sind bereits viele Verfahren vorgeschlagen und ausprobiert worden. Jedoch ist, wenn keine außergewöhnlichen Rohstoffbedingungen vorliegen, die Verwendung eines Hochofens herkömmlicher Bauart bisher noch immer als das wirtschaftlichste und industriell am besten durchführbare Verfahren für die Erzeugung von Roh- oder Masseleisen angesehen worden. Trotz seiner ausgedehnten Verwendung leidet jedoch der Hochofen an zwei schweren Betriebshindernissen, die mit den Rohstoffen zusammenhängen, mit denen er beschickt wird. Erstens muß das in ihm verwendete Eisenerz ziemlich großstückig sein, damit es nicht aus der Hochofengicht ausgeblasen wird, und zweitens ist der einzige, mit wirklich zufriedenstellendem Erfolg im Hochofen anwendbare Brennstoff der teure Hochofenkoks, der genügende Festigkeit besitzt, eine aus festen Körpern bestehende Säule im Hochofen tragen zu können.

Diese beiden für das Beschickungsmaterial des Hochofens gültigen Einschränkungen gewinnen mit der Zeit eine immer größer werdende Bedeutung. Zum Beispiel, um nur eine Seite des Hochofenerzproblems anzuführen, erzeugen zahlreiche gegenwärtig in Ausübung befindliche Eisenerzkonzentrationsverfahren ein feinverteiltes Material, mit dem der Hochofen nicht ohne weiteres beschickt werden kann, sondern das erst zu diesem Zweck zu größeren Stücken zusammengeballt werden muß. Offenbar trägt diese notwendige Maßnahme beträchtlich zu den Betriebskosten eines Hochofens bei. In bezug auf Koks ist zu sagen, daß unter den heutigen Bedingungen die Belieferungsmöglichkeit mit verkokbarer Kohle rapide abnimmt und die Kosten von Verkokungsanlagen steigen. Als Folge hiervon stellen die Kosten für Koks heutzutage den größten Ausgabeposten bei der Umwandlung von Eisenerz zu Roheisen im Hochofenprozeß dar.

Man hat schon lange gewußt, daß ein in kleine Bestandteile zerfallenes oder körniges Eisenerz durch Behandeln bei hoher Temperatur mit geeigneten Reduktionsgasen in eine Mischung von metallischem Verfahren zum Reduzieren von zerkleinertem
oxydischem Eisenerz unter Verbrennung von
kohlenstoffhaltigem Brennstoff
mit sauerstoffreichem Gas

Anmelder:

Inland Steel Company, Chicago, JIl. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,

Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65

Als Erfinder benannt:
Frank W. Luerssen,
Munster, Ind. (V. St. A)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 15. Januar 1957 (634 282)

Eisen und Ganggestein verwandelt werden kann.

Tatsächlich ist das den Stand der Technik auf diesem Gebiet wiedergebende Schrifttum voll von Beschreibungen und Vorschlägen verschiedener Arten von direkten Reduktionsverfahren. Aus vielen verschiedenartigen Gründen jedoch hat sich keines der angeregten Verfahren in industriellem Maßstab durchsetzen können.

Die vorliegende Erfindung sieht nun zur Lösung der hier auftauchenden Schwierigkeiten eine besondere Aufeinanderfolge von Stufen zur Entfernung mitgerissener, dem Reduktionsgas entstammender Asche sowie zur Einstellung der Temperatur des Gases vor, so daß dasselbe zur Verwendung in der Reduktionszone geeignet ist. Das heiße, aschenhaltige Reduktionsgas wird vor seiner Einführung in die Reduktionszone in einem Wärmeaustauscher gekühlt, das gekühlte Reduktionsgas durch an sich bekannte Maßnahmen, z. B. durch Waschen desselben, von den mitgerissenen Ascheteilchen gereinigt, und dieses gekühlte und gereinigte Reduktionsgas wird noch einmal durch denselben Wärmeaustauscher hindurchgeführt und dort in indirektem Wärmeaustausch mit dem heißen, aschehaltigen Reduktionsgas auf eine zwischen 480 und 980° C liegende Temperatur wiedererhitzt. — Die Erfindung bezieht sich eigentlieh auf eine Verbesserung an einem ganz alten Verfahren, das darin besteht, daß man Eisenoxyderz dadurch unmittelbar reduziert, daß man es mit einem

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CO-lialtigen Reduktionsgas in Berührung bringt, das durch Verbrennen eines Brennstoffs in einer von diesem Vorgang getrennten gaserzeugenden Zone erhalten wird. Insbesondere sieht die Erfindung eine Lösung für gewisse technische Probleme vor, die bei einem direkten Reduzierungsprozeß entstehen, wenn das Reduktionsgas durch Verbrennen eines feingemahlenen, festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffs, z.B. Kohle, mit einem mindestens 85% Sauerstoff enthaltenden sauerstoffreichen Gas hergestellt wird.

Wird die feingemahlene Kohle mit einem sauerstoffreichen Gas verbrannt, um CO zu erhalten, so enthalten die entstehenden Verbrennungsprodukte mitgerissene Flugasche, und das Gas hat eine zu hohe Temperatur, als daß man es für den Reduzierungsvorgang verwenden könnte. Dementsprechend muß das Reduktionsgas gereinigt und gekühlt werden, bevor man es in der Reduktionsstufe benutzen kann. Ferner muß bei der besonders häufig zur Anwendung kommenden Ausbildungsform der Erfindung, bei der die Gaserzeugungs- oder Herdzone unter einem Betriebsdruck von ungefähr der Höhe des Außenluftdruckes steht, ein Kompressor oder eine Gaspumpe angewandt werden, um das Gas durch die Reduktionszone hindurchzutreiben. Die vorliegende Erfindung sieht, wie gesagt, eine besondere Aufeinanderfolge von Stufen zur Entfernung mitgerissener, dem Gas entstammender Asche sowie zur Einstellung der Temperatur des Gases vor, so daß dasselbe zur Verwendung in der Reduktionszone geeignet ist, während sie gleichzeitig es dem Kompressor ermöglicht, auf ein ziemlich kühles und aschefreies Gas zu arbeiten.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich daher folgendermaßen zusammenfassen:

Die Erfindung macht es möglich, einen mit Flüssigkeit arbeitenden Gaswäscher zur Entfernung von Asche zu verwenden, der auf ein heißes Gas wirken kann; die Reinigung auf flüssigem Wege ist wirksamer und billiger als andere Verfahren der Gasreinigung.

Die Erfindung ermöglicht es, einen einzelnen Anlagenteil, den Wärmeaustauscher, dazu zu benutzen, sowohl ein Abkühlen des Gases vor dem Waschen als auch das darauffolgende Wiedererhitzen des Gases zu bewirken.

Die Erfindung ermöglicht die Benutzung eines Kompressors und befreit von der Notwendigkeit, eine besondere Einrichtung auszusuchen, die mit einem heißen Gas arbeiten kann.

Die Erfindung ergibt eine Gesamtersparnis an Wärme, weil es sich hier erübrigt, zum Wiedererwärmen des abgekühlten Gases Brennstoff zu verbrennen. Bei dem Verfahren wird kein aus der Reduktionsstufe ausströmendes Gas verbraucht, so daß dieses ausströmende Gas, das einen beträchtlichen Wärmewert besitzt, noch für andere Zwecke verwendet werden kann.

Das von der Erfindung vorgeschlagene Verfahren läßt sich ohne Rücksicht auf die Herkunft des Gases anwenden, ob es nun einer Schmelzzone oder einer gesonderten Gaserzeugungszone entstammt.

Die Gesamtkosten der in Frage kommenden Einrichtung sind beträchtlich niedriger als diejenigen anderer möglicher Systeme.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der Zeichnungsunterlagen an einem Ausführungsbeispiel besprochen werden. In den Zeichnungen ist

• F i g. 1 ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, und

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Fließbildes, das das Verfahren eingehender darstellt. Das Verfahren umfaßt, ganz allgemein, drei Hauptbehandlungsstufen, die bei dem zusammengefaßten oder integrierten Reduktions- und Schmelzverfahren zur Anwendung gelangen, nämlich

1. eine kombinierte Schmelz- und Gaserzeugungszone, in der ein Brennstoff verbrannt wird, um das Eisen aus dem reduzierten Erz zu schmelzen und abzusondern und gleichzeitig Verbrennungsgase zu erzeugen;

2. eine Aufbereitungs- oder Gasanreicherungszone, in der die aus der ersten Zone stammenden Verbrennungsgase behandelt werden, um ihre Reduktionsfähigkeit zu erhöhen, und

3. eine Reduktionszone, in der das zerkleinerte Eisenerz mit den aus der zweiten Zone stammenden angereicherten Reduktionsgasen in Berührung gebracht wird und aus der das entstehende reduzierte Eisenerz zur ersten Zone geleitet wird.

Das zerkleinerte oder körnige Eisenoxyderz wird in der Rohrleitung 10 (F i g. 1) einer Reduktionszone 11 zugeführt und in Berührung mit an CO reichen Reduktionsgasen gebracht, die in die Zone 11 über eine Rohrleitung 12 eingeführt werden. Das bei dem Verfahren verwendete Erz kann aus irgendeinem der bekannten Eisenoxyderze bestehen, z. B. Hämatit, Magnetit und anderen Eisenoxyderzen, welche mindestens 5 bis 45 Gewichtsprozent Ganggestein, insbesondere Kieselerde und Tonerde, enthalten. Andere dem Eisenerz ähnliche Erze, beispielsweise Eisen-Mangan-Erze, können ebenfalls verwendet werden. Die Reduktionszone 11 kann auch mit anderen Eisenoxydmaterialien, beispielsweise Walzsinter usw., beschickt werden. In der Reduktionszone 11 erfolgen die bekannten Reduktionsumsetzungen von Eisenoxyd mit CO (und H₂), wobei die Umsetzungswärme durch die Eigenwärme der Reduktionsgase, die eine Temperatur zwischen etwa 480 und etwa 980° C haben, zugeführt wird. Ausströmende Reduktionsgase mit erschöpftem CO-Gehalt werden aus der Reduktionszone 11 in einer Leitung 13 abgeleitet.

Die erhaltenen Erzteilchen, die aus reduziertem Eisen, Ganggestein und einer bestimmten Menge von nicht reduziertem Eisenoxyd bestehen, werden aus der Reduktionszone 11 über eine Rohrleitung 14 einer Herd- oder Schmelzzone 16 zugeführt, die eine kombinierte Schmelz- und Gaserzeugungszone ist. Ein fester kohlenstoffhaltiger Brennstoff wird in Mischung mit einem Gas hohen Sauerstoffgehaltes in einer Rohrleitung 17 zugeführt. Die Verbrennung des Brennstoffs mit dem Sauerstoff erfolgt in der Herd- oder Schmelzzone 16. Zur Erfüllung der Wärmeerfordernisse des Schmelzvorganges muß die Verbrennung des Brennstoffs in der Schmelzzone 16 so vollständig sein, daß ein Überschuß von CO₂ erzeugt wird, so daß die in der Schmelzzone 16 befindlichen Verbrennungsgase auf Eisen oxydierend wirken. Der bevorzugte feste kohlenstoffhaltige Brennstoff, der in der Schmelzzone 16 verbrannt wird, ist Anthrazit, Fettkohle oder Moorkohle in Pulverform. Das mit

dem Brennstoff eingeführte, an Sauerstoff reiche Gas muß mindestens 85% Sauerstoff enthalten, z. B. ein im Handel üblicher Sauerstoff mit 98 bis 99 °/o Reinheit oder mit Sauerstoff angereicherte Luft sein. Wie erwähnt, werden die Relativmengen an Kohle und Sauerstoff und die anderen Verbrennungsbedingungen in der Schmelzzone 16 so geregelt, daß die aus der Schmelzzone ausströmenden Verbrennungsgase oxydierend sind und ein CO₂: COVerhältnis von mindestens 1 haben. Auf diese Weise wird eine Temperatur zwischen etwa 1600 und etwa 1925° C in der Schmelzzone 16 erhalten, so daß die Verbrennungswärme genügt, um das in dem Teilchen aus reduziertem Eisenerz enthaltene Eisen zu schmelzen und auf diese Weise das Eisen aus dem Ganggestein des Erzes abzusondern.

Durch die Verbrennung von festem kohlenstoffhaltigem Brennstoff, insbesondere Kohle, in der Schmelzzone 16 wird unvermeidlich in die Schmelzzone 16 eine unverbrennbare Asche eingeführt, die aus der Anlage entfernt werden muß. Eine bestimmte Menge der Asche wird durch Bildung von Schlacke in der Schmelzzone aus der Kohlenasche und auch aus dem im Erz vorhandenen Ganggestein entfernt. Diese in der Schmelzzone geformte flüssige Schlacke wirkt als eine Schutzschicht oder Deckschicht, die auf dem in der Schmelzzone befindlichen geschmolzenen Eisen liegt, so daß das Eisen gegen Rückoxydation durch die oxydierenden Verbrennungsgase geschützt ist. Das geschmolzene Eisen und die Schlacke werden aus der Schmelzzone 16 nach Wunsch durch die Rohrleitung 18 bzw. 19 abgeleitet. Eine übermäßige Rückoxydation des in der Schmelzzone 16 befindlichen geschmolzenen Eisens wird auch durch Fremdkohle verzögert, die in Form von Kohlenausfall, der bei der Verbrennung der Kohle in der Schmelzzone entsteht, vorhanden ist oder die als Kohle, oder anderer kohlenstoffhaltiger Feststoff der Oberfläche des geschmolzenen Eisens zugeführt wird. Im Falle von Kohlenausfall wird die Verbrennung von Kohle mit dem an Sauerstoff reichen Gas so geregelt, daß eine bestimmte Ausfallmenge oder ein Niederschlag der Überschußkohle vorhanden ist, die in der aus Schlacke und Metall bestehenden flüssigen Masse schnell aufgenommen wird. Der Kohlenstoffgehalt der Kohle bewirkt eine zusätzliche Reduktion von Eisenoxyd in der Schmelzzone 16 und bewirkt auch eine Aufkohlung des geschmolzenen Eisens zu dem üblichen Roheisen oder Masseleisen von etwa 2 bis 4 Gewichtsprozent.

Da die in der Schmelzzone 16 erzeugten Verbrennungsgase einen Überschuß an CO₂ enthalten, müssen sie einer Aufbereitungs- oder Anreicherungsbehandlung unterworfen werden, ehe ihre Verwendung zu Erzreduktionszwecken erfolgen kann. Vorzugsweise erfolgt die Aufbereitung oder Anreicherung der Verbrennungsgase durch Reduktion des CO₂-Gehaltes durch Umsetzen mit Kohlenstoff. Die Verbrennungsgase werden von der Schmelzzone 16 in einer Rohrleitung 21 einer Vergaserzone 22 zugeführt, zu der Sauerstoff und ein Kohlenüberschuß in einer Rohrleitung 23 zugeleitet werden. Ein Teil des Kohlenstoffs der in der Rohrleitung 23 zugeführten Kohle setzt sich mit dem CO₂ der Verbrennungsgase, die in der Rohrleitung 21 zugeführt werden, um. Die endothermischen Wärmeerfordernisse für die Reduktionsumsetzung werden durch die in den Verbrennungsgasen vorhandene Eigenwärme geliefert, und zwar ergänzt durch zusätzliche Wärme, die in dem Vergaser 22 durch teilweise Verbrennung des anderen Teils der Kohle erzeugt wird, die mit dem Sauerstoff in der Rohrleitung 23 eingeführt wird. Das in der Rohrleitung 23 zugeführte Gas hohen Sauerstoffgehaltes kann handelsüblicher Sauerstoff oder ein mit Sauerstoff angereichertes Gas sein, das mindestens 85 % Sauerstoff enthält, wie dies auch in der Schmelzzone 16 der Fall ist. Wenn auch die Umsetzung von CO₂ mit dem Kohlenstoffgehalt der Kohle zur Erzeugung von CO die in der Vergaserzone 22 erfolgende hauptsächlichste Reduktionsumsetzung ist, wird auch Wasserdampf, der in den der yergaserzone 22 zugeführten Verbrennungsgasen vorhanden ist, durch die Umsetzung mit Kohlenstoff zu H₂ reduziert.

Zur Erzielung bester Ergebnisse ist es notwendig, daß der CO₂-Gehalt der aus der Rohrleitung 21 kommenden Verbrennungsgase durch Reduktion in der Vergaserzone 22 so weit verringert wird, daß die in einer Rohrleitung 24 abströmenden Gase nicht mehr als etwa 10% CO₂ mit einem CO:CO₂-Verhältnis von mindestens 7 und vorzugsweise nicht mehr als etwa 5% CO₂ mit einem CO : CCyVerhält-

nis von mindestens 10 enthalten, damit die notwendige Reduktionsfähigkeit bei der direkten Reduktion von Eisenoxyderzen erhalten wird.

Ehe die aus der Rohrleitung 24 strömenden, an CO reichen Gase in der Reduktionszone 11 zu Reduktionszwecken verwendet werden können, müssen verschiedene technische Probleme gelöst werden, die durch die in der Schmelzzone 16 und der Vergaserzone 22 ausgeführten Verfahren entstanden sind. Vor allem sind die in der Vergaserzone 22 ausge-

führten Reduktionsumsetzungen hoch endothermisch, so daß offensichtlich eine bestimmte Mindesttemperaturgrenze vorhanden ist, bei der die Vergaserzone 22 für wirtschaftlich praktische Ergebnisse betrieben werden kann. Ganz allgemein haben die an Kohlenoxyd reichen Gase, die die Vergaserzone 22 in der Rohrleitung 24 verlassen, eine Temperaturhöhe zwischen etwa 1025 und 1325° C. Vor der Verwendung dieser Reduktionsgase in der Reduktionszone 11 müssen die Gase auf eine etwas niedrigere Temperaturhöhe gekühlt werden. Von noch größerer Bedeutung ist jedoch die Tatsache, daß die in der Rohrleitung 24 abströmenden Gase wesentliche Kohlenaschenmengen enthalten, die entfernt werden müssen. Wie bereits erwähnt, ist ein Teil der in der Schmelzzone 16 vorhandenen Asche durch die Verbrennung von Kohle in dieser Schmelzzone zu Schlacke umgewandelt und wird in der Rohrleitung 19 entfernt. Eine bestimmte Menge der Aschenteilchen wird jedoch von den Verbrennungsgasen mitgenommen und strömt zur Vergaserzone 22, in der infolge der Verbrennung der in der Rohrleitung 23 eingeführten Kohle zusätzliche Kohlenasche anfällt. Auch hier wird ein Teil der Asche aus der Vergaserzone 22 als eine halbfeste Schlacke oder ein Aschenniederschlag abgeleitet, jedoch sind die in der Vergaserzone 22 erforderlichen Betriebsverhältnisse so, daß eine lästige Menge der Kohlenasche aus der Vergaserzone 22 als in den Abgasen mitgenommene Teilchen ausströmt. Wenn auch ein Reiniger, beispielsweise ein Zyklonabscheider oder ein elektrostatischer Ausfällapparat verwendet werden kann, um die Asche aus den in der Rohrleitung 24 strömenden Gasen hoher Temperatur zu entfernen, kann das wirksamste und

billigste Entfernen mittels einer Waschvorrichtung, z. B. eines mit Wasser betriebenen Wäschers, insbesondere eines Venturi-Wäschers, erfolgen. Ehe jedoch die aschenhaltigen Gase mit Wasser oder einer anderen Waschflüssigkeit gewaschen werden können, müssen sie so weit gekühlt werden, daß ein übermäßiges Verdampfen und ein übermäßiger Verlust der Waschflüssigkeit vermieden wird. Die aus der Rohrleitung 24 strömenden heißen Gase durchströmen daher einen Wärmeaustauscher 26, in dem die Gase auf eine Temperatur zwischen etwa 260 und etwa 315° C gekühlt werden. Die Gase werden dann in einer Rohrleitung 27 einer Waschvorrichtung 28 zugeführt. Wasser oder ein anderes flüssiges Reinigungsmittel wird über eine Rohrleitung 29 der Waschvorrichtung 28 zugeleitet, während die verbrauchte Waschflüssigkeit aus der Rohrleitung 31 abströmt. Wenn Wasser auch sehr wirksam beim Entfernen der Asche aus den Gasen ist, kann die Waschflüssigkeit auch einen chemischen Stoff oder ein Lösungsmittel enthalten, z. B. Monoäthanolamin od. dgl., um wahlweise CO₂ aus den Gasen zu entfernen.

Beim Betrieb der Schmelzzone 16 mit Überdruck entstehen zwar gewisse Vorteile, doch werden diese Vorteile durch die praktischen Erwägungen hinsichtlich eines vereinfachten Schmelzzonenaufbaus und eines leichten Zuganges zur Schmelzzone wieder aufgehoben. Vorzugsweise wird daher die Schmelzzone 16 bei Außenluftdruck oder im wesentlichen bei Außenluftdruck betrieben. Unter diesen Verhältnissen muß eine Gaspumpe oder ein Kompressor in der Anlage eingebaut sein, um ein Durchströmen der Gase durch die verschiedenen Stufen des Verfahrens und insbesondere durch die Reduktionszone 11 zu bewirken. Im dargestellten Beispiel strömen die aus der Waschvorrichtung 28 kommenden gereinigten Reduktionsgase in- einer Rohrleitung 32 zu einem Kompressor 33 und strömen dann in einer Rohrleitung 34 zu dem Wärmeaustauscher 26, in dem die gekühlten und gereinigten Gase wieder auf eine Umsetzungstemperatur zwischen etwa 480 und etwa 980° C von neuem erwärmt werden, und zwar durch einen indirekten Wärmeaustausch mit den aus der Vergaserzone 22 kommenden heißen Gasen. Die wiedererwärmten Reduktionsgase strömen dann in einer Rohrleitung 36 zu einem Pulsator 37, der einen zyklischen Pulsierungsdruck auf den Gasstrom für den nachstehend beschriebenen Zweck zur Einwirkung bringt. Die aus dem Pulsator 37 kommenden Reduktionsgase strömen in der Rohrleitung 12 zu der bereits beschriebenen Reduktionszone 11.

Es kann zwar jede beliebige Vorrichtung verwendet werden, um das zerkleinerte Eisenerz mit den Reduktionsgasen in der Reduktionszone 11 in gründliche Berührung zu bringen, doch wird vorzugsweise ein in einem nichtfließenden Lager ausgeführter Gegenstromvorgang verwendet, bei dem eine Säule aus festen Erzteilchen sich im Gegen strom zu den nach oben strömenden Reduktionsgasen nach unten bewegt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der nach oben strömenden Gase unterhalb der Grenzgeschwindigkeit zur Bewegung der Erzteilchen und vorzugsweise nicht oberhalb von etwa 80% der zur Bewegung erforderlichen Geschwindigkeit gehalten wird. Zur Durchführung des bevorzugten nichtfließenden Gegenstromvorganges haben die Teilchen des zerkleinerten oder körnigen Eisenoxydmaterials, das der Reduktionszone 11 zugeführt wird, vorzugsweise eine Größe von etwa 12,5 mm bis zu etwa 100 Maschen, so daß also Erzteilchen verwendet werden, die wesentlich kleiner als diejenigen Teile sind, die im Hochofen zur Verwendung gelangen. Für die vorerwähnte Teilchengröße beträgt die Fließgeschwindigkeit der Reduktionsgase etwa 39 m/Std. bis 4800 m/Min., wobei natürlich die höheren Gasgeschwindigkeiten bei den größeren

ίο Teilchen, und umgekehrt, verwendet werden. Der Druck in der Reduktionssäule kann bei Außenluftdruck oder etwas über Außenluftdruck liegen. Infolge der Teilchengröße des Eisenerzes und infolge verschiedener anderer Faktoren, einschließlich der Ausführung des Reduktionsbehälters, treten gelegentlich Schwierigkeiten durch Brückenbildung oder Blockierung auf, die einen einwandfreien Fluß der Erzteilchen verhindern. Zur Behebung dieser Schwierigkeiten wird der erwähnte Pulsator 37 an einer zweckdienlichen Stelle stromab des Kompressors 33 eingebaut, so daß er dem Gasstrom eine Pulsations wirkung gibt, die durch eine kurzzeitige Erhöhung oder Verringerung des Gasdruckes verursacht wird. Hierdurch werden die durch mechanische Blockierung entstehenden Schwierigkeiten in dem nichtfließend sich bewegenden Gegenstrom vermieden, sobald diese Schwierigkeiten auftreten.

F i g. 2 zeigt einen näheren Aufbau der Vorrichtung zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens.

Der Schmelzraum besteht in diesem Falle aus'einem einheitlichen, mit feuerfestem Material ausgekleideten Behälter 40, in dem sich eine aufrechte Isolierwand oder Wärmeschutzwand 41 befindet, die den Behälter 40 in eine an der einen Seite der Wand 41 gelegene Schmelz- und Gaserzeugungszone 41 und in eine an der anderen Seite der Wand 41 gelegene Aufbereitungs- oder Vergasungszone 43 teilt. Zwischen den Zonen 42 und 43 befindet sich ein verengter Gaskanal 44. Die zerkleinerten Erzteilchen werden der Schmelzzone 42 in einer Rohrleitung 46 zugeführt. Mehrere Brenner 47 zur Zuführung von Kohle und Sauerstoff sind an der außenliegenden Stirnwand der Zone 42 angebracht. Über dem geschmolzenen Eisenbad 48 liegt eine Schlackenschicht

49. Die Metall- und Schlackenauslässe aus der Schmelzzone sind mit 51 bzw. 52 bezeichnet. Die einen Überschuß von CO₂ enthaltenden Verbrennungsgase hoher Temperaturen (1600 bis 1925° C) durchströmen den Gaskanal 44 und vermischen sich unter Wirbelbildung mit den Flammen niederer Temperaturen und den Verbrennungsgasen, die aus den in der äußeren Stirnwand der Vergaserzone 43 angeordneten, Kohle und Sauerstoff zuführenden Brennern 53 ausströmen. Die in der Vergaserzone 43 ausgeführten Reduktionsumsetzungen erfolgen bei einer wesentlich niedrigeren Temperatur, als die hohe Temperatur des in der Zone 42 stattfindenden Schmelzens beträgt. Die Wärmeschutzwand 41 hält das Temperaturgefälle aufrecht.

Die an CO reichen Reduktionsgase mit einer Temperatur von etwa 1025 bis etwa 1325° C durchströmen eine Rohrleitung 54, durchströmen dann den Innenraum eines zweistufigen Wärmeaustauschers 56 und strömen dann in einer Auslaßleitung 57 zum unteren Teil einer Waschvorrichtung 58. Dem Kopf der Waschvorrichtung 58 wird Wasser oder eine andere Waschflüssigkeit in einer Rohrleitung 59 zugeführt, so daß die Waschflüssigkeit im Gegenstrom zu den

Reduktionsgasen fließt und die Asche aus diesen Reduktionsgasen entfernt. Die abströmende Waschflüssigkeit wird aus der Waschvorrichtung 58 in einer Rohrleitung 61 abgeleitet und wird entweder abgelassen oder wieder in den Kreislauf geführt oder zur Wiedergewinnung der Bestandteile entsprechend behandelt. In der Waschvorrichtung 58 erfolgt natürlich ein weiteres Abkühlen der Reduktionsgase, so daß die abströmenden aschefreien Reduktionsgase aus dem Kopf der Waschvorrichtung mit einer Temperatur zwischen etwa 38 und 95° C abgeleitet werden.

Die aus der Waschvorrichtung 58 kommenden Gase strömen in einer Rohrleitung 62 zu einem Kompressor 63 und von dort in einer Rohrleitung 64 zu einem Gasbehälter 66. Eine Umgehungsleitung 67 liegt parallel zum Kompressor 63. Das unter Druck stehende Reduktionsgas wird aus dem Gasbehälter 66 in einer von einem Ventil geregelten Rohrleitung 68 einem Sammelrohr 69 zugeführt, das sich an der Einlaßseite der ersten Stufe des Wärmeaustauschers 56 befindet. Die Gase werden beim Durchströmen der ersten Stufe des Wärmeaustauschers zu einem gemeinsamen Sammelrohr 71 von neuem erwärmt und strömen dann über die zweite Stufe des Wärmeaustauschers zu einem Sammelrohr 72, das mit der Abströmleitung 73 in Verbindung steht. Ein Nebenschlußrohr 74 ist parallel zum Wärmeaustauscher 56 angeordnet. Eine von einem Ventil geregelte Ablaßleitung 75 zweigt von der Abströmleitung 73 ab. Der Pulsator 74 ist in diesem Ausführungsbeispiel in die Rohrleitung 73 eingebaut. Der Pulsator enthält ein Rotaryventil 74, das zum zyklischen Verengen und Erweitern des Durchströmkanals in der Rohrleitung 73 teilweise geschlossen und dann geöffnet wird, so daß dem Gasstrom aus den beschriebenen Gründen die gewünschten Pulsationen erteilt werden. Der Pulsator^ kann natürlich stetig oder nur bei Bedarf betätigt werden, wenn Strömungsschwierigkeiten in der Reduktionszone auftreten.

Der in der Rohrleitung 73 strömende, aus Reduktionsgasen bestehende Gasstrom wird dem Boden einer mit feuerfesten Steinen ausgekleideten Reduktionskolonne 76 zugeführt, die einen oberen Abschnitt 77 verhältnismäßig großen Durchmessers und einen unteren Abschnitt 78 verringerten Durchmessers hat. Zerkleinerte Erzteilchen werden dem vergrößerten oberen Abschnitt 77 der Reduktionskolonne durch einen Schneckenförderer 79 von einem Vorrat oder einer Vorwärmstelle für Erz (nicht dargestellt) zugeführt. Das auf diese Weise eingeführte Erz bildet ein nach unten sich bewegendes oder fließendes Erzlager, das an seinem unteren Ende von einer kegelförmigen Zwischenwand 81 getragen wird. Die Zwischenwand 81 steht mit dem einen Ende eines von einem Motor 83 getriebenen zweiten Schneckenförderers in Verbindung, der das reduzierte Erz aus der Reduktionskolonne 76 der Zuführleitung 46 für die Schmelzzone zuführt. Die Zwischenwand 81 hat zweckdienlich geschützte Gasdurchlässe, beispielsweise Fraktionierbodenglocken 84, so daß das aus der Rohrleitung 73 am Boden der Kolonne 76 eingeführte Reduktionsgas nach oben durch die Zwischenwand 81 hindurchströmen und dann im Gegenstrom zu dem nach unten sich bewegenden Erzteilchenlager fließen kann.

Die erschöpften oder verbrauchten Reduktionsgase strömen aus dem Kopf der Reduktionskolonne 76 in einer Rohrleitung 85 zu einem Zyklonenabscheider 86 od. dgl., in der die mitgenommenen kleinen Erzteilchen abgesondert werden. Die Abgase strömen in einer Rohrleitung 87 ab, während die feinen Erzteilchen in einem Sammler oder Vorratskessel 88 gesammelt werden, der über eine Leitung 89 und ein Ventil 91 mit dem Austragsende des Schneckenförderers 82 verbunden ist, so daß die Feinteilchen absatzweise der Schmelzzone 42 zugeführt werden.

Die Erfindung schafft also ein integrales Reduktions- und Schmelzverfahren zur Herstellung von Roheisen. Der Wärmeaustausch, die Aschenabsonderung und die dazugehörenden Kennzeichen der Erfindung sind jedoch auch in gleicher Weise bei einem vereinfachten Reduktionsverfahren anwendbar, bei dem das Enderzeugnis ein reduziertes festes Eisenerz ist, das ohne Schmelzen in größere Stücke gepreßt werden kann, um als Schwammeisen verwendet zu werden. In diesem Falle ist an Stelle der beschriebenen Anordnung zum Schmelzen, Gaserzeugen und Gasanreichern lediglich eine Gaserzeugerzone erforderlich, die ein an CO reiches Reduktionsgas herstellt.

Die Erfindung ist zwar an Hand von bestimmten Ausführungen dargestellt und beschrieben, doch können verschiedene Abänderungen und Wechsel vorgenommen werden, ohne den Rahmen des Patentanspruchs zu verlassen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum .Reduzieren von zerkleinertem bzw. körnigem oxydischem Eisenerz, indem durch Verbrennung eines festen, pulverförmigen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffs mit einem sauerstoffreichen Gas, das mindestens 85% Sauerstoff enthält, ein heißes, aschehaltiges, CO-reiches Reduktionsgas erzeugt wird und ferner das Reduktionsgas mit dem Eisenerz bei einer Temperatur von etwa 480 bis 980° C in Berührung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße, aschehaltige Reduktionsgas vor seiner Einführung in die Reduktionszone in einem Wärmeaustauscher gekühlt wird, daß das gekühlte Reduktionsgas durch an sich bekannte Maßnahmen, z. B. durch Waschen des Gases, von den mitgerissenen Ascheteilchen gereinigt wird und alsdann das gekühlte und gereinigte Reduktionsgas nochmals durch denselben Wärmeaustauscher hindurchgeführt und dort in indirektem Wärmeaustausch mit dem heißen, aschehaltigen Reduktionsgas auf eine zwischen 480 und 980⁰C liegende Temperatur wiedererhitzt wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 840 254, 872 952, 905 974, 678 326, 282 574, 918 118.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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