DE1266321B - Verfahren zur Reduktion von Eisenerz - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C21b

Deutsche Kl.: 18 a -11/06

Nummer: 1266 321

Aktenzeichen: R 21546 VI a/18 a

Anmeldetag: 23. Juli 1957

Auslegetag: 18. April 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von Eisenerz bei erhöhten Temperaturen.

Bei der Reduktion von Eisenerzen zu metallischem Eisen ist es üblich, kohlehaltige Reduktionsmittel verschiedener Art zu verwenden. Wo die direkt bei der Reduktionsreaktion verwendeten kohlehaltigen Reduktionsmittel wesentliche Mengen an flüchtigen Stoffen enthalten (wie im Fall von Kohle, Sägemehl, Torf, Braunkohle od. dgl.), ist es schwierig, das Ent- ίο weichen von unverbrannten oder nur teilweise verbrannten flüchtigen Stoffen aus der Reaktionszone zu verhindern. Das Entweichen solcher Materialien in die Atmosphäre bedeutet einen Verlust an Wärmemengen und schafft außerdem eine störende Luftverschmutzung. Außerdem muß bedacht werden, daß, falls die flüchtigen Stoffe in der Apparatur kondensieren, die teerartigen Rückstände usw. dazu neigen, die Vorrichtung einzuhüllen und zu verstopfen.

Man hat daher meistens darauf geachtet, kohlehaltige Reduktionsmittel für die eigentliche Reduktionsoperation zu verwenden, die nur geringe Mengen an flüchtigen Stoffen, wie Koks, verkohlte Materialien od. dgl., enthalten. Derartige Materialien sind in der Natur nicht leicht zugänglich. Es ist daher erforderlich, Reduktionsmittel mit einem niedrigen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen aus in der Natur vorkommenden Materialien, die viele flüchtige Bestandteile enthalten, wie Kohle od. dgl., herzustellen. Dies erfordert ein thermisches Abstreifen, um die flüchtigen Bestandteile zu entfernen. Die Wärme, die für das Abstreifen erforderlich ist, wird üblicherweise durch teilweise Verbrennung des behandelten Materials geliefert. Das bringt natürlich auch einen wesentlichen Verlust an theoretisch erzielbaren Wärmemengen mit sich. Ein weiterer Verlust an Wärmemengen wird durch die übliche Praxis der Erzreduktion bei erhöhten Temperaturen und anschließendes schnelles Abkühlen des Produktes bewirkt, beispielsweise durch Abschrecken in Wasser, um eine Wiederoxydation des heißen Metalls zu verhindern. ___

Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen verschiedene brennbare Fraktionen im Kreislauf ausgenutzt werden und bei denen die Wärme der Abgase für das Verfahren dadurch nutzbar gemacht wird, daß sie zum Vorerhitzen der Beschickungsbestandteile verwendet wird, was jedoch nur zu einer beschränkten Verbesserung der Energiebilanz führt.

Um die oben beschriebenen Schwierigkeiten zu vermeiden, wurde nun ein Verfahren zur Reduktion von Eisenerz bei erhöhten Temperaturen, beispiels-Verf ahren zur Reduktion von Eisenerz

Anmelder:

R-N Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. F. Zumstein

und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Assmann,

Patentanwälte, 8000 München 2, Bräuhausstr. 4

Als Erfinder benannt:
Rollin Powers Smith, Stamford, Conn.;
Donald Eric Babcock,
Youngstown, Ohio (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 30. Juli 1956 (600 726)

weise zwischen 1027 und 1048° C, jedoch auf jeden Fall unterhalb des Schmelzpunktes von Eisen, durch Reduzieren von Eisenerz in einem durch Öl- oder Gasbrenner beheizten Drehofen in Gegenwart von verkokter Kohle geschaffen, um ein Reduktionsprodukt zu erzielen, das reduziertes festes Eisen, Gangart und überschüssige verkokte Kohle und erhebliche fühlbare Wärme enthält, das darin besteht, daß nur die fühlbare Wärme des Reduktionsproduktes, das eine Temperatur von vorzugsweise 1038° C aufweist, dazu benutzt wird, aus Rohkohlematerial einen Rückstand an festem, verkoktem Material und eine brennbare flüchtige Fraktion herzustellen, die beide zur Reduktion weiterer Erzmengen verwendet werden, und daß das reduzierte Eisen danach in festem Zustand gewonnen wird, beispielsweise durch Sieben oder andere Trennverfahren.

Es ist offensichtlich, daß die Ausnutzung der latenten Wärme des Reduktionsproduktes zur Erzeugung wertvoller Materialien aus Kohle, wie beispielsweise flüchtiger Gase und festen, verkokten Materials, die zur Reduktion weiterer Erzmengen verwendet werden, einen beachtlichen technischen Fortschritt darstellt, da beträchtliche Einsparungen beim Verfahren erzielt werden, und zwar sowohl in der Energiebilanz an sich als auch an verbrauchter Kohlenmenge, wobei die Kohle selbst nicht von bester Qualität zu sein braucht. Gerade die Verbes-

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serung der Energiebilanz ist ein wesentliches Erfordernis für die Rentabilität solcher Erzreduktionsverfahren.

Unter dem in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten Ausdruck »kohlehaltiges Rohmaterial« soll ein kohlehaltiges Material verstanden werden, das große Mengen an flüchtigen Stoffen enthält, wie Kohle od. dgl., und unter dem Ausdruck »verkoktes Material« soll ein reaktiver Rückstand verstanden werden, der relativ geringe Mengen an flüchtigen Bestandteilen enthält, und der nach dem thermischen Abstreifen der flüchtigen Bestandteile von einem kohlehaltigen Rohmaterial nachbleibt.

Die Erfindung ist auch auf Eisenerze mit einem eines doppelwandigen Gefäßes füllt und das kohlehaltige Rohmaterial im Zentralraum verkokt, oder umgekehrt.

In einer besonderen Ausführungsform betrifft die Erfindung die Reaktion von relativ großen Stücken Eisenerzes mit relativ feinverteiltem, verkoktem Material bei erhöhten Temperaturen, um eine heiße Reaktionsproduktmischung herzustellen, die relativ große Stücke an reduziertem Eisenerz und überschüssiges, relativ feinverteiltes verkoktes Material enthält. Weiterhin betrifft sie das Mischen der heißen Reaktionsproduktmischung mit einem kohlehaltigen Rohmaterial, das beträchtliche Mengen an verbrennbaren, flüchtigen Materialien enthält, das Abtreiben

niedrigen Eisengehalt anwendbar. Das kohlehaltige 15 der flüchtigen Materialien aus dem kohlehaltigen

Rohmaterial kann irgendein kohlehaltiges Reduktionsmittel sein, das merkliche Mengen an brennbaren, flüchtigen Stoffen enthält, die durch Wärme ausgetrieben werden können und dabei einen verkokten Rückstand hinterlassen.

Die Reduktion von Eisenoxyd gemäß dem Verfahren der Erfindung kann eine partielle Reduktion sein, wie bei der Reduktion von Hämatit zu Magnetit oder anderen niedrigen Oxyden des Eisens, oder es kann Rohmaterial, das Sammeln der flüchtigen Materialien und ihre Verwendung als Brennstoffe, solange sie noch heiß sind, falls es gewünscht wird, um eine erhöhte Temperatur zur Reduktion von zusätzlichen

ao Mengen an Eisenerz aufrechtzuerhalten, das Abtrennen der relativ großen Stücke an reduziertem Eisenerz von dem überschüssigen verkokten Material und vom zusätzlichen verkokten Material, das so hergestellt wurde, und die Verwendung des überschüs-

eine im wesentlichen vollständige Reduktion zu me- 25 sigen verkokten Materials und des so hergestellten tallischem Eisen sein. Es kann auch eine vollständige verkokten Materials für die Reduktion von zusätz-Reduktion zu metallischem Eisen mit Schmelzen und liehen Mengen Eisenerz. Unter dem Ausdruck Verfestigung des gebildeten Eisens sein. Jedoch »relativ groß« sollen im wesentlichen größere Stücke bringt dies die Verwendung einer komplizierten und verstanden werden als die Korngröße des relativ feinteuren Ausrüstung mit sich, um die Wärmeübertra- 30 verteilten, verkokten Materials oder anderen Mategung von Reduktionsprodukten zu dem kohlehaltigen rials beträgt, wobei die Differenz so sein soll, daß Rohmaterial zu bewirken, um die Verflüchtigung der
flüchtigen Materialien aus dem kohlehaltigen Rohmaterial herbeizuführen. Im allgemeinen wird es vorgezogen, das erfindungsgemäße Verfahren nur im Zu- 35
sammenhang mit partieller Reduktion des Eisenerzes
oder mit einer Reduktion zu metallischem Eisen
unter solchen Bedingungen zu verwenden, daß ein
Schmelzen und Verfestigen des gebildeten Eisens

die Trennung durch die Teilchengröße erleichtert wird, beispielsweise durch Sieben od. dgl. In der Praxis wurde es als ausreichend gefunden, Eisenerz in Form von Stücken mit einem Durchmesser von 1,27 bis 2,54 mm zu verwenden und verkoktes Material und kohlehaltiges Rohmaterial von annähernd 2 bis 3 mm Durchmesser. Sowohl das Eisenerz als auch das überschüssige verkokte Material, wie es mit

nicht vonstatten geht. Die obenerwähnte Wärmeüber- 40 dem reduzierten Eisenerzprodukt nach der Reduktion

tragung kann durch direkten Kontakt vor sich gehen. Dies wird im allgemeinen bevorzugt, wobei geeignete Schritte unternommen werden können, um anschließend den verkokten Rückstand des kohlehaltigen Materials von den Reduktionsprodukten zu trennen. Das wird im folgenden noch beschrieben werden.

Wenn direkte Wärmeübertragung vorgesehen ist, so ist es erforderlich, Schritte zu unternehmen, um die Verfestigung der Mischung aus Ofenablaß und verbleibt, haben im wesentlichen ihre ursprüngliche Partikelgröße während der Reduktionsreaktion behalten, vorausgesetzt, daß zur Verhinderung der Agglomeration entsprechende Vorsichtsmaßnahmen unternommen wurden.

Als Alternative oder Variation des eben beschriebenen Verfahrens können die Stücke von reduziertem Eisenerz von dem überschüssigen verkokten Material im Produkt getrennt werden und nur das verkokte

kohlehaltigem Rohmaterial oder verkoktem Material so Material mit dem zusätzlichen kohlehaltigen Rohzu verhindern. Es besteht nämlich eine Tendenz, daß material verkokt werden. Die Trennung sollte natür-Teere u. dgl., die ebenfalls aus dem kohlehaltigen lieh ausgeführt werden, solange die Reduktionspro-Rohmaterial während des Verkokungsvorgangs frei- dukte noch heiß sind. Das heiße, überschüssige vergesetzt werden, sich mit den Partikeln des Ofen- kokte Material liefert die zum Austreiben der fluchablasses und des verkokten Materials vermengen und 55 tigen Materialien aus dem zugegebenen kohlehaltigen das Ganze in eine nicht erwünschte kohärente Masse
verschmelzen. Diese Möglichkeit kann an erster
Stelle durch Verwendung eines nichtkokenden Rohmaterials vermieden werden und außerdem durch

Rohmaterial erforderliche Wärme. Die flüchtigen Stoffe werden gesammelt und als Brennstoff zur Aufrechterhaltung der erhöhten Temperatur zur Reduktion von zusätzlichem Erz verwendet. Der Ver

Ausführung der Reaktion in einem Gefäß, das mit 60 kokungskörper, der das ursprüngliche überschüssige

emer Rührvorrichtung oder anderen Bewegungsmitteln ausgerüstet ist, oder dadurch, daß man die Reaktion in einem Wirbelschichtzustand vornimmt unter Verwendung eines inerten Gases, Naturgases od. dgl. oder Luft als Wirbelschichtmedium.

Die Wärmeübertragung kann auch indirekt vorgenommen werden, beispielsweise indem man heiße, reduzierte Eisenerzprodukte in die äußere Kammer verkokte Material und das neu durch Austreiben der flüchtigen Stoffe gebildete verkokte Material enthält, kann dann wieder zur Reduktionsreaktion zurückgeführt werden.

Um nochmals die Frage der Wärmeübertragung zu erwähnen, so ist es vorzuziehen, wie oben schon erwähnt, daß diese Übertragung durch direkten Kontakt vonstatten geht. Der Vorteil dieser Art der

Claims (1)

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   Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens lenmenge entspricht 0,33 Teilen an verkoktem Matebesteht in der Tatsache, daß größere Geschmeidig- rial pro Teil Eisen oder 0,12 Teilen an verkoktem keit im Hinblick auf die Wahl des Punktes erreicht Material pro Teil der ursprünglichen Erzfüllung, wird, an dem das kohlehaltige Rohmaterial, das ver- d. h. der Menge, die verbraucht wurde, wenn der kokt werden soll, zu dem Reduktionszonenprodukt 5 Kreislauf sich gerade geschlossen hatte. Im Ofen war hinzugegeben werden soll. So kann es beispielsweise ein Gasablaß vorgesehen. Das durch das Verkoken mit dem Produkt eines Drehofens gemischt werden, der Kohle erzeugte Gas wurde direkt zum Abstichin dem die Reduktionsreaktion vonstatten geht, und ende des ersten Ofens zurückgeführt, wo es in einem eine geeignete Zeitdauer im Kontakt hiermit gelassen Gasbrenner verbrannt wurde. Auf Grund der so dem werden, bevor es abgetrennt wird. Das Lagern kann io Ofen zusätzlich zugeführten Wärme war es nötig, die in irgendeinem geeigneten Gefäß durchgeführt wer- Zufuhr des Ölbrenners auf annähernd drei Viertel des den, beispielsweise in einem Schacht, einem Förder- ursprünglichen Wertes zu vermindern, um die Temgerät, einer Trommel od. dgl. peraturbedingungen aufrechtzuerhalten.
   Das folgende Beispiel soll die Erfindung erläutern. Nach einer durchschnittlichen Verweilzeit von

   15 30 Minuten war der Abstich des zweiten Ofens eine

   Beispiel Mischung von reduziertem Eisenerz mit verkoktem

   Ein Eisenerz der folgenden Zusammensetzung: Material, von dem ein Teil überschüssiges verkoktes

   Material war, das mit dem ersten Ofenabstich ern-

   Gesamt-Fe 34,9 °/o geführt worden war, während der Rest neu her-

   SiO₂ 26,8 °/o 20 gestelltes verkoktes Material war, das durch die Ein-

   Al₂O₃ 5,1 % wirkung des heißen Ofenabstiches auf die Kohle

   CaO 9,2% erhalten worden war. Die Temperatur des Abstiches

   MgO 0,2% betrug 869° C. Der Abstich vom zweiten Drehofen

   Oxydsauerstoff und Verunreinigungen Rest wurde gekühlt und gesiebt, um die großen Stücke an

   25 reduziertem Eisenerz zu entfernen, die weiter zu me-

   wurde in einen Drehofen zusammen mit verkoktem tallischem Eisen umgesetzt wurden. Das neu her-Material gegeben. Das verkokte Material hatte eine gestellte verkokte Material und das überschüssige durchschnittliche Partikelgröße von annähernd 2 bis verkokte Material wurden dann mittels eines Ma-3 mm, und das verwendete Erz war zerkleinert auf gneten von dem kleinen Teil reduzierten Eisenerz, Stücke einer Größe des Durchmessers 1,27 bis 30 das durch Abnutzung im Ofen entstanden war, abge-3,81 cm. Die relativen Beschickungsgeschwindigkei- trennt. Das feine Eisenerz wurde mit dem Überten an Erz und verkoktem Material waren so ein- bleibsel des Eisenerzes verfestigt und ebenfalls zu gestellt, daß annähernd 0,65 kg an verkoktem Mate- metallischem Eisen umgesetzt. Das verkokte Material rial pro Kilogramm Eisenerz in den Ofen eingeführt wurde zusammen mit dem zusätzlichen Eisenerz in wurden. Der Ofen wurde durch einen ölbefeuerten 35 den ersten Ofen zurückgeführt und der Kreislauf Brenner, der im tieferen oder im Ablaßende des wieder begonnen.
   Ofens gelegen war, geheizt und so eingestellt, daß
   eine Temperatur zwischen 1027 und 1048° C in
   dem unteren Drittel des Ofens aufrechterhalten Verfahren zur Reduktion von Eisenerz bei wurde, in dem die Reduktionsreaktion vonstatten 40 erhöhten Temperaturen zwischen 1027 und ging. Luft- und öleinlaß in den Ofen waren so regu- 1048° C, jedoch auf jeden Fall unterhalb des liert, daß eine reduzierende Atmosphäre über dem Schmelzpunktes von Eisen, durch Reduzieren Bett aufrechterhalten wurde. Die Ofengeschwindig- von Eisenerz in einem durch Öl- oder Gasbrenner keit wurde so eingestellt, daß das Eisenerz einer mitt- beheizten Drehofen in Gegenwart von verkokter leren Verweilzeit von 2Va Stunden im heißen Teil 45 Kohle, um ein Reduktionsprodukt zu erzielen, des Ofens unterworfen war. Eine Mischung von das reduziertes festes Eisen, Gangart und überreduziertem Erz und dem restlichen verkokten Mate- schüssige verkokte Kohle und erhebliche fühlrial wurde aus dem Ofen bei einer Temperatur von bare Wärme enthält, dadurch gekenn-1038⁰C abgelassen. Die Analyse des Abstiches zeichnet, daß nur die fühlbare Wärme des zeigte an, daß annähernd 0,12 Teile des verkokten 50 Reduktionsproduktes, das eine Temperatur von Materials für jeden Teil Erz verbraucht worden 1038⁰C aufweist, dazu benutzt wird, aus Rohwaren während der Zeit, die die Füllung zur Durch- kohlematerial einen Rückstand an festem, verquerung des Ofens benötigte. koktem Material und eine brennbare flüchtige Das heiße 1038° C-Abstichprodukt wurde sofort in Fraktion herzustellen, die beide zur Reduktion einen zweiten Drehofen zusammen mit Kohle ge- 55 weiterer Erzmengen verwendet werden und daß geben. Die verwendete Kohle war vorher getestet das reduzierte Eisen danach in festem Zustand worden, und man hatte gefunden, daß sie imstande durch Sieben oder andere Trennverfahren gewar, 0,8 Teile verkoktes Material pro Teil Kohle zu wonnen wird,
   bilden. Die relativen Füllgeschwindigkeiten von Ofen-

   abstich und eingeführter Kohle in den zweiten Ofen 60 In Betracht gezogene Druckschriften:,

   waren so eingestellt, daß 0,42 Teile Kohle pro Teil Deutsche Patentschriften Nr. 750 065, 857 812,

   Eisen im Ofenabstich eingeführt wurden. Diese Koh- 904 051.

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