-
Verfahren zur Reduktion oxydischer Eisenerze Es sind verschiedene
Verfahren bekannt, nach denen oxydische Eisenerze mit Hilfe fester, kohlenstoffhaltiger
Brennstoffe zu einem mindestens teilweise aus metallischem Eisen bestehenden Vorprodukt
reduziert werden, das anschließend in Einschmelzöfen, wie z. B. Niederschachtöfen,
Kupolöfen, Elektroöfen od. dgl., zu metallischem Eisen eingeschmolzen wird.
-
Die älteste Gruppe dieser Verfahren hat das Kennzeichen gemeinsam,
daß die feinkörnigen oxydischen Eisenerze gemeinsam mit dem festen, kohlenstoffhaltigen
Reduktionsmittel zu Formkörpern, wie z. B. Briketts, Granalien, Pellets od. dgl.,
verformt werden, die anschließend dadurch reduziert werden, daß aus dem eingebundenen
Kohlenstoff mit Sauerstoff, der entweder aus dem oxydischen Eisenerz selbst und/
oder einem sauerstoffhaltigen Gasstrom stammt, CO gebildet wird, das seinerseits
auf das Eisenoxyd reduzierend wirkt.
-
Dieses Verfahren hat sich aber bisher nicht in die Praxis einbürgern
können, weil es praktisch die gleiche Menge hochwertiger Reduktionsmittel wie Koks
oder Anthrazit erfordert, wie die noch älteren Verfahren der direkten Reduktion
im Hochofen, so daß es gegenüber diesem älteren Verfahren keine technischen oder
wirtschaftlichen Vorteile gegeben hat. Außerdem ist die Festigkeit von Formkörpern
aus Eisenerzen und eingebundenem Kohlenstoff mit einem Kohlenstoffgehalt, der für
die vollständige Reduktion ausreicht, so niedrig, daß die Formkörper bei der Reduktion
häufig zerfallen.
-
Ein neueres Verfahren besteht darin, die Festigkeit der Formkörper,
und zwar vorzugsweise von durch einen Abrollvorgang hergestellten kugelförmigen
Granalien, dadurch zu steigern, daß diese Formkörper ausschließlich aus Eisenerz
hergestellt sind und in einem Bett eines festen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels
unter Gegenstromführung zu einem Gas reduziert werden, wobei in der Gasphase ein
entsprechend hoher CO-Gehalt aufrechterhalten wird, der durch Reaktion des kohlenstoffhaltigen
Bettes mit dem Sauerstoffgehalt der Eisenoxyde und/oder der Gasaxmosphäre gebildet
und aufrechterhalten wird.
-
Dieses Verfahren hat ebenfalls den Nachteil, daß es an die Verwendung
fester, kohlenstoffhaltiger Reduktionsmittel gebunden ist, die praktisch frei von
verflüchtigungsfähigen Bestandteilen sind, wenn Wärmeverluste durch unausgenutzt
entweichende verflüchtigungsfähige Bestandteile vermieden werden sollen.
-
Solche festen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel sind aber die
teuersten, weil dafür praktisch nur Koks oder Anthrazit in Frage kommen.
-
Neuere, nicht zum bekannten Stand der Technik gehörende Vorschläge
sehen vor, für die Vorreduktion der Eisenoxyde zu einem mindestens teilweise aus
metallischem Eisen bestehenden Vorprodukt billigere Brenstoffe mit einem merklichen
Anteil an verflüchtigungsfähigen Bestandteilen zu verwenden. Die Verwendbarkeit
dieser billigeren Brennstoffe soll gemäß diesen älteren Vorschlägen dadurch sichergestellt
werden, daß diese Reduktionsmittel einem mit Formkörpern aus Eisenoxyden beschickten
Drehrohrofen an einer genügend weit von dessen Austragsende gelegenen Stelle zugeführt
und im Drehrohrofen selbst teilweise abgeschwelt und teilweise für die Reduktion
verbraucht werden: Aus dem Austragsprodukt des Drehrohrofens, das noch einen Teil
des abgeschwelten Brennstoffes im überschuß enthält, wird dieser überschuß abgetrennt
und in den Drehrohrofen zurückgeführt, und zwar an einer Stelle, die vor der Einführungsstelle
des ursprünglich aufgegebenen Reduktionsmittels liegt.
-
Obwohl diese älteren Vorschläge einen gewissen Fortschritt gegenüber
dem bekannten Stand der Technik darstellen, ermöglichen sie doch nicht, die gesamte
Kohlenstoffmenge, die für die Reduktion erforderlich ist, in allen Fällen ausschließlich
in Form eines Brennstoffes zuzuführen, der größere Mengen verfiüchtigungsfähiger
Bestandteile enthält. Die maximale Menge eines solchen Brennstoffes, der für diese
Verfahren verwendet werden kann, ist dadurch festgelegt, daß nicht mehr gasförmige
Schwelprodukte entwickelt werden dürfen, als durch nachträgliche Verbrennungen für
den Wärmebedarf der Vorwärmung der Eisenoxyde nutzbar gemacht werden kann, wenn
Wärmeverluste durch das Abgas vermieden werden sollen.
Ein anderes
bekanntes Verfahren (deutsche Patentschrift 829 302) sieht die Reduktion von stüchigem
oder feinverteiltem Eisenerz im Drehrohrofen mit Hilfe eines pulvrigen Reduktionsmittels
vor, wobei ein freien Sauerstoff enthaltendes Gas gegen die Oberfläche der Charge
geblasen wird und als stückiges Erz Agglomerate, Briketts oder durch einen Abrollvorgang
hergestellte und anschließend hitzegehärtete kugelartige Pellets verwendet werden
können. In jedem Fall wird dabei das Reduktionsmittel ausschließlich im Außenbett
verwendet, d. h. den zur Reduktion bestimmten Formkörpern nicht einverleibt. Auch
bei diesem Verfahren kann als festes Reduktionsmittel nur ein solches mit einem
so niedrigem Gehalt an verflüchtigungsfähigen Bestandteilen verwendet werden, daß
die in der heißen Reduktionszone frei werdenden flüchtigen Bestandteile durch nachträgliche
Verbrennung für die Vorwärmung der Charge nutzbar gemacht werden können.
-
Auch die Einführung der feinstkörnigen Anteile, getrennt von der Hauptmenge
der Ofencharge in der Reduktionszone dieses Ofens, ändert daran grundsätzlich nichts,
da auch von diesen feinstkörnigen Anteilen praktisch nur der Cffx Gehalt für die
Reduktion nutzbar gemacht werden kann, während die aus ihnen ausgetriebenen flüchtigen
Bestandteile unausgenutzt aus der Reduktionszone entweichen und höchstens in der
Vorheizzone durch Verbrennung für die Vorwärmung herangezogen werden können.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Verbesserung der älteren
Vorschläge, die es gestattet, ein mindestens teilweise aus metallischem Eisen bestehendes
Vorprodukt unter ausschließlicher Verwendung billiger Brennstoffe herzustellen,
deren Gehalt an verflüchtigungsfähigen Bestandteilen beliebig groß sein kann. Die
Erfindung besteht im wesentlichen darin, einen Teil des für die Vorreduktion erforderlichen
Brennstoffes in genügend feiner Korngröße, vorzugsweise 80% unterhalb 0,06 mm in
die Formkörper selbst einzuverleiben, durch diesen Teil einen Großteil der Reduktionsarbeit
zu leisten, der vorzugsweise etwa 40 bis 60% der Gesamtreduktion beträgt und für
diesen Zweck ausschließlich Brennstoff mit einem hohen Gehalt an verflüchtigungsfähigen
Bestandteilen zu verwenden.
-
Da erfindungsgemäß nicht die gesamte Menge des für die Reduktion erforderlichen
Reduktionsmittels, sondern nur ein Teil derselben den Formkörpern zugesetzt werden
muß, ist deren Festigkeit nicht unbeträchtlich höher als die von Formkörpern, die
die gesamte, für die Reduktion erforderliche Reduktionsmittelmenge einverleibt enthalten.
überraschenderweise wurde gefunden, daß die Festigkeit solcher Formkörper, denen
nur ein Teil des Reduktionsmittels einverleibt ist, erheblich höher ist als es der
Mischungsregel entspräche. Weiter wurde überraschenderweise gefunden, daß bei der
reduzierenden Behandlung solcher Formkörper im Drehrohrofen die gasförmigen Schwelprodukte
praktisch hundertprozentig als Reduktionsmittel wirksam sind, obwohl es seit längerer
Zeit bekannt ist, daß bei allen anderen bisher bekannten Verfahren der Reduktion
von Eisenoxyden mit gasförmigen Brennstoffen praktisch nur H2 und CO als Reduktionsmittel
wirksam sind, während alle anderen gasförmigen Reduktionsmittel, wie z. B. CH, oder
höhere Kohlenwasserstoffe, als Reduktionsmittel praktisch unwirksam sind. Aus diesem
Grund sind zahlreiche ältere Vorschläge bekanntgeworden, solche anderen gasförmigen
Reduktionsmittel vor ihrem Einsatz in die Reduktion durch Umsetzung mit Sauerstoff
und/oder Wasserdampf zu CO und 14 aufzuspalten.
-
Die weitere Reduktion des Einsatzgutes zu dem gewünschten Vorprodukt
erfolgt erfindungsgemäß in der Weise, daß das, durch das eingebundene Reduktionsmittel
vorreduzierte Gut hauptsächlich in der Schlußzone des Drehrohrofens, vorzugsweise
in dessen letztem Drittel, in an sich bekannter Weise in einem Bett eines festen,
kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels fertigreduziert wird, und zwar über das aus
dem Bett gebildete CO. Zweckmäßig wird dieses weitere Reduktionsmittel dem Drehrohrofen
erst in der Schlußzone aufgegeben, vor allem um den Anfangsteil des Ofens zu entlasten
und unerwünschte Boudouardreaktion in der Aufheizzone zu vermeiden. Grundsätzlich
ist es hier jedoch auch möglich, diesen weiteren Brennstoff oder einen Teil davon
gemeinsam mit den Eisenoxydformkörpern dem Drehrohrofen schon an dessen Aufgabeende
aufzugeben. In diesem Fall ist es allerdings zweckmäßig, für das als Außenbett verwendete
Reduktionsmittel ausschließlich einen Brennstoff zu verwenden, der keine oder wenig
verflüchtigungsfähigeBestandteile enthält, umWärmeverlust n-it dem Abgas zu vermeiden.
-
Im Gegensatz zu dem den Formkörpern eingebundenen Brennstoff wirken
aber die gasförmigen Schwelprodukte, die aus dem als Außenbett verwendeten Brennstoff
entwickelt werden, nicht oder nur in sehr untergeordnetem Maße direkt reduzierend
auf die Eisenoxyde. Ihr Energieinhalt kann daher für die Zwecke des Verfahrens nur
durch Verbrennung und Nutzbarmachung der Verbrennungswärme für die Deckung des Wärmeverbrauches
der Reaktion nutzbar gemacht werden.
-
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht
daher vor, die Menge des den Formkörpern einverleibten, flüchtige Bestandteile enthaltenden
Brennstoffes auf die Menge des Reduktionsmittels, das nur als äußeres Bett zur Wirkung
kommt, so abzustimmen, daß die Gesamtmenge der dem äußeren Bett entwickelten flüchtigen
Schwelprodukte gerade ausreicht, um den fühlbaren Wärmebedarf des Prozesses zu decken.
Wird z. B. ein Brennstoff mit etwa 40 % fixem Kohlenstoff und. 37 Gewichtsprozent
verflüchtigungsfähigen Bestandteilen verwendet, dann ist es vorteilhaft, rund 500/0
der Reduktionsarbeit durch den den Pellets einverleibten Brennstoff und die restlichen
50 % durch das Außenbett zu bewirken.
-
Ein weiteres wesentliches Kennzeichen des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß die aus Eisenoxyd und zugemischten, flüchtige Bestandteile enthaltenden
festen Reduktionsmittel bestehenden Formkörper, und zwar vorzugsweise durch einen
Abrollvorgang hergestellte kugelförmige Granalien, dem Reduktionsofen, und zwar
einem Drehrohrofen, im »grünen«, d. h. weder hartgebrannten noch vorgetrockneten
Zustand aufgegeben werden: Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird
die Grünfestigkeit dieser feuchten Pellets in an sich bekannter Weise durch Zusatz
feuchtigkeitserhöhender Zusätze wie aktiver Erden, z. B. Bentonit, Montmorillonit
u. dgl., erhöht.
-
Weiter ist es erfindungsgemäß möglich, den Kohlenstoffgehalt des fertigreduzierten
Vorproduktes einschließlich eines etwaigen Kohlenstoffgehaltes-in den
reduzierten
Pellets selbst so einzustellen, daß er für die Endreduktion und die Aufkohlung zum
gewünschten Endprodukt, z. B. zu Roheisen, gerade ausreicht, wobei vorzugsweise
die für das Einschmelzen erforderliche Energie nicht durch Verbrennung des Restkohlenstoffgehaltes,
sondern in an sich bekannter Weise auf elektrischem Wege eingebracht wird. In diesem
Fall kann es zweckmäßig sein, die Korngröße des als Außenbett verwendeten Brennstoffes
größer zu halten, als die Korngröße des einverleibten Brennstoffes, zweckmäßig auf
0 bis 20 mm, vorzugsweise 0 bis 15 mm.
-
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
daß es auch für minderwertige, insbesondere auf andere Weise wirtschaftlich nicht
aufbereitbare Erze wirtschaftlich anwendbar ist, z. B. solche mit einem Gesamteisengehalt
von unter 601/o, da das Vorprodukt ohnehin in einem Niederschachtofen unter gleichzeitiger
Verschlakkung der Verunreinigungen eingeschmolzen werden kann.
-
Der von den Abgasen des Drehrohrofens mitgeführte Staub kann in an
sich bekannter Weise in Staubabscheidervorrichtungen wie z. B. Zyklonen abgeschieden
und je nach seinem Kohlenstoffgehalt entweder den Frischpellets einverleibt oder
ihnen als Außenhülle aufgegeben werden.