DE1246780B - Verfahren zum Verhuetten von feinteiligen Erzen, insbesondere von Eisenerzen, mittels feinteiliger Reduktionskohle und elektrischer Beheizung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C21b

Deutsche Kl.: 18 a-15/00

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1246 780
K 26734 VI a/18 a
31. August 1955
10. August 1967

Das Verhütten von feinteiligen Erzen, insbesondere von Eisenerzen, durch elektrische Beheizung eines feinteiligen Gemisches aus Erz, Reduktionskohle und schlackenbildenden Zuschlägen ist vielfach versucht worden. Bekannte Verfahren dieser Art beruhen durchweg auf der Reaktion der beheizten Erz- und Kohlepartikeln im Ruhezustand. Sie bilden bei der nach dem Prinzip der Widerstandserhitzung arbeitenden Verfahrensweise eine ruhende, sich langsam absenkende Schicht, an die durch Elektroden von zwei oder mehreren Seiten eine Spannung angelegt wird, so daß der Stromfluß die zu behandelnde Schicht erhitzt. Zur Verbesserung der Leitfähigkeit eisenarmer Erze, deren Mineralbestand einen besonders hohen Anteil an oxydischen Nichtleitern aufweist, ist in diesem Zusammenhang auch schon vorgeschlagen worden, Spaltkohlenstoff aus Kohlenwasserstoffen in den mikroskopisch feinen Hohlräumen der Erze niederzuschlagen. Neben den überwiegend der direkten Reduktion von Erzen durch Kohlenstoff im Ruhezustand dienenden elektrischen Verhüttungsverfahren bestehen auch Verfahren, bei denen die Reduktion der Feinerze auf gasförmigem Weg erfolgt. So wurde z. B. vorgeschlagen, pulverisiertes Erz mit Zuschlägen in einem Schacht- as ofen durch einen aufsteigenden Strom kohlenwasserstofihaltigen Gases zu reduzieren, wobei das aus dem Erz reduzierte Eisen in den Herd des Ofens abtropft und dort unter Aufkohlung gesammelt wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Durchsatzzeit des bei der direkten Reduktion elektrisch beheizten Erz-Kohle-Gemisches weitgehend abzukürzen.

Zu diesem Zweck ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Verhütten von feinteiligen Erzen, insbesondere von Eisenerz durch elektrische Beheizung eines feinteiligen Gemisches aus Erz, Reduktionskohle und schlackenbildenden Zuschlägen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in den gestellartig ausgebildeten Teil eines Reduktionsofens in lockerer Lagerung ein das Gestell etwa ausfüllendes, aus Kohle bestehendes Haufwerk von solcher Korngröße eingebracht wird, daß es bei der Widerstandsbeheizung mittels in das Haufwerk eintauchender, vertikal verschiebbarer Elektroden und durch die bei der Reduktion frei werdenden Gase in den Schwebezustand gerät, die Oberfläche des sich nach Art einer Flüssigkeit bewegenden Kohlebetts fortlaufend mit dem zu reduzierenden Gemisch aus Feinerz und Zuschlagen beregnet wird und das reduzierte und verflüssigte Metall sowie die Schlacke am Boden des Verfahren zum Verhütten von feinteiligen
Erzen, insbesondere von Eisenerzen, mittels
feinteiliger Reduktionskohle und elektrischer
Beheizung

Anmelder:

Dr.-Ing. Werner Wenzel,

Aachen, Prinz-Heinrich-Str. 29

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Werner Wenzel, Aachen

Gestells gesammelt und in üblicher Weise abgestochen werden.

Der bei der Reduktion benötigte Kohlenstoff kann dem schwebenden Reduktionsbett dabei getrennt von dem zu verhüttenden Erz oder auch zusammen mit dem zu verhüttenden, aus Feinerz und Zuschlägen bestehenden Gemisch zugeführt werden.

In dem unteren Abschnitt des Kohlebetts können gasförmige, flüssige oder feste Stoffe eingeblasen werden, die, wie auch Abgase des Ofens, den Schwebezustand des Haufwerks fördern oder, wie Erdgas, von diesem oder einem ähnlichen Gas beförderte feinkörnige Kohle oder Erdöl an der oxydischen Beschickung gleichzeitig reduzierend wirken.

Das Verfahren kann schließlich unter erhöhtem Druck, vornehmlich unter einem Druck von mehr als 2 atü, durchgeführt werden.

Auf das »schwimmende«, hocherhitzte Bad aus fester, feinkörniger Kohle rieseln also von oben her möglichst kontinuierlich Feinerze und Zuschläge nieder. Sobald dieses Gemisch auf die Oberfläche des schwimmenden Kohlebetts trifft, beginnt die Reduktion der Erze, die dabei schwerer werden und fortschreitend tiefer in das Kohlebett eindringen, wo sie schließlich ausreduziert werden. Im unteren Teil des Kohlebetts trennt sich dann das flüssige Metall

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von der Schlacke. Sie gelangen dann in üblicher Weise zum Abstich.

Zur Steuerung des Reduktionsprozesses stehen folgende Mittel zur Verfügung:

die Temperatur des Kohlebetts, geregelt durch die an die Elektroden angelegte Spannung,

die Höhe des Kohlebetts,
die Korngröße der Reduktionskohle,
die Korngröße des Erzes und
die Bewegung des Kohlebetts.

Grundsätzlich ist es möglich, in einem elektrisch erhitzten Kohlebett unterhalb oder oberhalb der Schmelztemperatur des Erzes zu arbeiten. Das Erz kann sich zunächst auch durch einen Temperaturbereich bewegen, der sich unter seiner Schmelztemperatur befindet und danach durch einen Temperaturbereich, der oberhalb seines Schmelzpunktes liegt. Üblicherweise werden die Reaktionsprodukte schmelzflüssig aus dem Reduktionsofen abgezogen. Das bedeutet, daß sich am Boden des Ofens ein Metallbad, z. B. ein Eisenbad, und darüber eine flüssige Schlacke befindet, die aus der geschmolzenen Gangart des Erzes, aus der geschmolzenen Kohlenasche und aus unter Umständen noch nicht reduzierten Erzen, z. B. Eisenoxyden, besteht.

Die Schlackenschicht kann für die weitere Regelung des Reduktionsprozesses herangezogen werden. Bei sehr hoher Temperatur des Kohlebetts wird eine weitgehende Reduktion und Aufkohlung der feinen Erzpartikeln, z. B. Eisenerzpartikeln, stattfinden. Je nach der Gangart und je nach den Zuschlagstoffen erfolgt auch eine Reduktion von Siliziumoxyd usw. Gibt man nun in geregelter Weise in das in die Kohle eingestreute Erz größere Erzstückchen, so gelangen diese zum großen Teil unreduziert in die Schlacke und reichern diese mit Erz, z. B. Eisenoxyd, an. Hierdurch kann über die Schlacke eine geregelte Oxydation auf die durch diese hindurchtropfenden Metallpartikeln ausgeübt werden.

Es ist andererseits auch möglich, daß man zu der Kohle in geregelter Weise grobkörnige Kohlestücke gibt, die auf der Schlacke liegenbleiben, so daß die aus dem schwebenden Kohlebett sich nach unten ausscheidenden Schlackentropfen durch ein im wesentlichen fest angeordnetes Kohlbett hindurchtropfen müssen und hier vollständig ausreduziert werden können. Man verfügt also in einem solchen Reduktionsofen über weitgehende Möglichkeiten für die vollständige Reduktion der Erze sowie die Erzeugung bestimmter Reduktionsprodukte.

Um einen möglichst geringen Kohleverbrauch zu erzielen, werden beim Verfahren nach der Erfindung Mittel angewendet, die zur Anreicherung des den Ofen verlassenden Gases mit Kohlensäure führen. Insbesondere wird zu diesem Zweck die Zersetzungsreaktion des Kohlenmonoxyds nach der Gleichung

2 CO = CO₂ + C

ausgenutzt. Wegen der Druckabhängigkeit dieser Reaktion ist es vorteilhaft, das erfindungsgemäße elektrische Reduktionsverfahren unter erhöhtem Druck, z. B. über 2 atü, durchzuführen.
Für die bauliche Gestaltung des elektrischen Kohlepulver-Reduktionsofens ist die Art der Einführung der Elektroden besonders wichtig. Die Elektroden — Kohle- oder Graphitelektroden — werden zweckmäßig von oben in das Kohlbett eingeführt, am einfachsten, indem man sie von oben in das flüssigkeitsähnliche Kohlebett eintauchen läßt. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer gekühlten, nicht stromleitenden Fassung. Solche Fassungen können z. B. aus wasserdurchflossenen Quarzrohren bestehen.

ίο Durch die Verwendung derartiger Fassungen erreicht man, daß der elektrische Strom vornehmlich in einer bestimmten horizontalen Schicht durch das Kohlebett fließt und dort eine besonders günstige Temperaturverteilung hervorruft. Die untere Spitze der Elektroden soll so hoch über der Oberfläche der Schlackenschicht liegen, daß der Strom zum größten Teil unmittelbar durch das Kohlebett geleitet wird. Nur so kann eine hohe Spannung zwischen den Elektroden mit einer großen Leistungsaufnahme des Ofens aufrechterhalten werden, da andernfalls der elektrische Strom durch die Schlackenschicht fließt, wo er nur einen niedrigen elektrischen Widerstand vorfindet. Durch die regelbare Einstellung des Elektrodenabstandes von der Schlackenoberfläche läßt sich die Strommenge, die durch die Schlacke fließt, und damit deren Temperatur regeln. Der Abstand der Elektroden soll möglichst klein gehalten werden. Das wird vor allem dadurch möglich, daß man das Eisenerz nur in der Mittelzone des Kohlebetts aufgibt, so daß die Kohleelektroden mit dem Erz nicht in Berührung kommen.

Die Zuführung der Kohle kann einmal so erfolgen, daß sie mit dem Erz gemeinsam in das Kohlebett eingebracht wird. Das hat aber zur Folge, daß an der Oberfläche des Bettes ein gewichtsmäßiger Überschuß an Erz entsteht, da auf 4 Gewichtsteile Erz im allgemeinen etwa 1 Gewichtsteil Koks kommt Dadurch könnte es zum Vereintem der Stoffe und zu betrieblichen Unregelmäßigkeiten kommen. Vorteilhafter wird man dem Reduktionsbett deshalb Erz und Brennstoff getrennt voneinander zuführen. Die' feinkörnige bis staubförmige Kohle trägt man ifl diesem Fall zweckmäßig von der Seite her ein, so daß man immer ein bestimmtes Niveau des quasi flüssigen Brennstoffbettes aufrechterhält. Auf die Oberfläche dieses Brennstoffbettes streut man von oben her das feinkörnige Erz mit so großem Abstand zwischen den einzelnen Teilchen ein, daß letztere sich beim Abwärtswandern im Kohlebett möglichst gegenseitig nicht berühren.

Eine wichtige Ausgestaltung für das Kohlepulver-Reduktionsverfahren besteht in der Einführung von gasförmigen oder flüssigen Reduktionsmitteln in das Kohlebett. Zum Beispiel Erdgas oder öl seitlich in den unteren Teil des elektrisch erhitzten Kohlebetts eingeblasen werden. Das Gas bzw. die Krackprodukte beteiligen sich an der Reduktionsarbeit und sparen so entsprechende Mengen an festem Kohlenstoff.

Die Geschwindigkeit, mit der die Erzpartikeln,

z. B. die Eisenerzpartikeln, in vertikaler Richtung durch das Kohlebett wandern, läßt sich durch mechanische Mittel beeinflussen, z. B. so, daß man eine geregelte Vibration der Erzpartikeln hervorruft. Solche Vibrationen können in bekannter Weise durch Schall oder Ultraschall erzeugt werden.

Nachstehend sei an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Reduktionsverfahrens nach der Erfindung beschrieben, die einen Vertikalschnitt

Claims (5)

durch den elektrischen Kohlepulver-Reduktionsofen in schematischer Darstellung zeigt. Mit 1 ist ein Gefäß, das mit einer feuerfesten Auskleidung 2 versehen ist, bezeichnet. Es ist gasdicht durch einen Deckel 3 verschlossen. Zentrisch durch den Deckel 3 des Gefäßes hindurchgeführt ist ein keramisch ausgekleideter Zylinder 4. Der Deckel 3 hat des weiteren die exzentrisch angebrachten Öffnungen 5 für die Durchführung der Elektroden 6 und eine oder mehrere exzentrisch angebrachte Öffnungen7 für die Zuführung der Kohle. Die Elektroden 6 sitzen in gegebenenfalls gekühlten Fassungen 8. 9 stellen die Stromzuführungen für die Elektroden dar. Der keramisch ausgekleidete Zylinder 4 hat an seinem oberen Ende eine Gasabzugsöffnung 10. In dem auf dem Zylinder angebrachten Abschlußdeckel 11 sind zentrisch die Zuführung und der Verteiler für das Erz angebracht. Letzterer besteht im vorliegenden Fall aus einer in dem Deckel 11 befindlichen Öffnung 12. Über dieser Öffnung befindet sich der Vorratsbunker 13 und unter der Öffnung 12 der Verteilerteller 14, der durch die Welle 15 in Umdrehung versetzt wird. Über dem keramischen Boden des Gefäßes 1 befindet sich ein Abstichloch 16 für die flüssigen Produkte. Die Betriebsweise des in der Abbildung dargestellten elektrischen Kohlepulver-Reduktionsofens ist die folgende: Durch die Öffnung 7 wird die staubförmige bis feinkörnige Kohle in das Gefäß 1 eingefüllt, so daß ständig das Niveau 17 des quasi flüssigen Kohlebetts eingehalten wird. Zwischen den Elektroden 6 wird eine elektrische Spannung aufrechterhalten, so daß im wesentlichen quer durch das Kohlebett ein Stromfluß stattfindet, der eine über seine Spannung regelbare Temperatur erzeugt. In das Kohlebett wird von oben kontinuierlich oder auch diskontinuierlich feinkörniges bis staubförmiges Erz eingestreut, und zwar so, daß die Erzteilchen gleichmäßig über die Oberfläche des quasi flüssigen Kohlebetts verteilt werden, wobei eine gegenseitige Berührung der Erzteilchen durch Einhalten entsprechender Abstände weitgehend vermieden wird. Die gleichmäßige Verteilung des Eisenerzes erfolgt im vorliegenden Fall durch den drehbaren Verteilerteller 14. Durch die Welle 15 läßt sich die Drehgeschwindigkeit des Tellers ständig zwischen einem Tiefstwert und einem Höchstwert verändern. Auf diese Weise wird das von dem Drehteller abgeschleuderte Material mehr zum Rand des keramisch ausgekleideten Zylinders 4 geworfen oder es fällt mehr in der Mittel- go achse des Zylinders nieder. Durch die Einhaltung eines automatisch gesteuerten Geschwindigkeits-Zeitprogramms des Drehtellers 14 wird die weitgehende Gleichmäßigkeit der Verteilung des Eisenerzes über den gesamten Querschnitt des Zylinders 4 erreicht. Die in das Kohlebett eintauchenden Erzteilchen sinken in diesem nach unten, wobei die Sinkgeschwindigkeit von der Korngröße des Erzes sowie von der Korngröße der Kohle abhängt. Das Erz wird während des Abwärtssinkens in dem quasi flüssigen Kohlebett zunächst erwärmt, dann durch die in dem Bett aufsteigenden Gase reduziert und schließlich aufgeschmolzen. Durch die Höhe des quasi flüssigen Kohlebetts, die von der Korngröße abhängige Geschwindigkeit des Erzes in dem Kohlebett und die mit der Spannung regulierte Temperatur desselben werden die erforderlichen Bedingungen geschaffen, damit am Boden des Gefäßes 1 der gewünschte Reduktionsgrad des Erzes erzielt wird. Das entstandene flüssige und gegebenenfalls weitgehend aufgekohlte Metall, z. B. Eisen, sammelt sich am Boden des Gefäßes 1 als flüssige Eisenschicht 18. Über der Eisenschicht 18 sammelt sich die Schlackenschicht 19. Eisen und Schlacke können durch das Abstichloch 16 kontinuierlich oder diskontinuierlich aus dem Gefäß 1 entfernt werden. Mit 20 sind Einblaseöffnungen bezeichnet, die in den unteren Teil des Kohlebettes münden. Durch diese Öffnungen können einmal Gase in das Kohlebett eingeblasen werden, die dazu dienen, die Kohleteilchen in der Schwebe zu halten bzw. das Bett aufzuwirbeln. Als solche Gase kommen vor allem die Abgase des Ofens, die diesen durch die Öffnung verlassen, in Betracht. Des weiteren können durch die Einblaseöffnungen 20 auch reduzierende Gase — wie Erdgas u. dgl. und/oder Öle — in den elektrischen Reduktionsofen eingeführt werden. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, daß man die feinkörnige Kohle ganz oder teilweise durch die Einblaseöffnungen20 in das Kohlebett einbringt. Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verhütten von feinteiligen Erzen, insbesondere von Eisenerz, durch elektrische Beheizung eines feinteiligen Gemisches aus Erz, Reduktionskohle und schlackenbildenden Zuschlagen, dadurch gekennzeichnet, daß in den gestellartig ausgebildeten Teil eines Reduktionsofens in lockerer Lagerung ein das Gestell etwa ausfüllendes, aus Kohle bestehendes Haufwerk von solcher Korngröße eingebracht wird, daß es bei Widerstandsbeheizung mittels in das Haufwerk eintauchender, vertikal verschiebbarer Elektroden und durch die bei der Reduktion frei werdenden Gase in den Schwebezustand gerät, die Oberfläche des sich nach Art einer Flüssigkeit bewegenden Kohlebetts fortlaufend mit dem zu reduzierenden Gemisch aus Feinerz und Zuschlägen beregnet, das reduzierte und verflüssigte Metall sowie die Schlacke am Boden des Gestells gesammelt und in üblicher Weise abgestochen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Reduktion benötigte Kohlenstoff dem schwebenden Reduktionsbett getrennt von dem zu verhüttenden Erz und den Zuschlagen zugeführt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Reduktion benötigte Kohlenstoff dem schwebenden Reduktionsbett zusammen mit dem zu verhüttenden, aus Feinerz und Zuschlagen bestehenden Gemisch zugeführt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den unteren Abschnitt des Kohlebetts gasförmige, flüssige oder feste Stoffe eingeblasen werden, die, wie Abgase des Ofens, den Schwebezustand des Haufwerks fördern oder, wie Erdgas, von diesem Erdöl an der oxydischen Beschickung gleichzeitig reduzierend wirken.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es unter erhöhtem Druck, vornehmlich unter einem Druck von mehr als 2 atü, durchgeführt wird.