DE1266775B - Verfahren zur Reduktion von Eisenerz - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C21b

Deutsche Kl.: 18 a-13/08

Nummer: 1 266 775

Aktenzeichen: St 16855 VI a/18 a

Anmeldetag: 31. August 1960

Auslegetag: 25. April 1968

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Eisen und Stahl. Sie ist insbesondere auf ein Verfahren zur Reduktion des Sauerstoffgehaltes von Eisenoxyden in festem Zustand mit entsprechender Steigerung des Eisengehaltes zwecks Herstellung eines Eisenoxyd und metallisches Eisen enthaltenden Produktes, das als Einsatz für Stahlgewinnungsöfen, Kupolöfen u. dgl. geeignet ist, gerichtet.

Es sind Verfahren zur Reduktion von Eisenoxyd in festem Zustand zu einem niedrigeren Oxydationszustand bis zu metallischem Eisen und zu einem metallisches Eisen enthaltenden Produkt bekannt, welche auf der direkten Reaktion mit einem Reduktionsmittel, wie z. B. Kohlenmonoxyd, in Gegenwart von Teilchen eines festen Reduktionsmittels, wie z. B. Kohlenstoff in der Form von Kohle oder Koksgrus, beruhen.

Bei dieser direkten Reduktion von Eisenoxyd in fester Phase zu einem niedrigeren Oxydationszustand bis zu metallischem Eisen und zu einem metallisches Eisen enthaltenden Produkt treten aber wirtschaftliche und technische Schwierigkeiten auf. Ein Drehrohrofen, in welchem das Erz, das feste Reduktionsmittel und Kalk an einem Ende eingespeist, und aus welchem das Reaktionsprodukt am anderen Ende abgezogen wird, scheint zunächst auf Grund seiner einfachen Bauweise der nächstliegende Apparatetyp zu sein. Die Reaktion wird bei genügend hoher Temperatur durchgeführt, um ausreichende Reaktionsgeschwindigkeit zu gewährleisten. Diese Temperatur ist gewöhnlich in der Nähe derjenigen, bei welcher zumindest teilweise Schmelzerscheinungen auftreten, so daß die Partikeln der Charge zum Haften neigen. Dadurch wird ein Anhaften der Chargenpartikeln an die Reaktorwand verursacht, wodurch der wirksame Querschnitt desselben verringert wird und Betriebsschwierigkeiten verursacht werden. Außerdem tritt gewöhnlich Agglomeration der Chargenpartikeln zu Agglomeraten ein, die aus reduziertem Eisen, unreduziertem oder teilweise reduziertem Eisenoxyd, festem Reduktionsmittel, Ascheoxyden und Flußmittel bestehen. Dadurch wird die Reduktionsreaktion behindert, und es werden auch Schwierigkeiten im Betrieb und in der Entleerung des Ofens verursacht.

Eine weitere Schwierigkeit ist verfahrensmäßiger Art. Zum Beispiel sind Eisenerze gewöhnlich mit Gangmaterial vergesellschaftet, welches zumindest kleine Mengen Schwefel enthält. Schwefel ist auch gewöhnlich in dem für die Reduktion verwendeten Brennstoff enthalten. Andererseits soll das reduzierte Produkt einen niedrigen Schwefelgehalt haben, z. B. soll der Schwefelgehalt weniger als 0,05 °/o betragen, Verfahren zur Reduktion von Eisenerz

Anmelder:

The Steel Company of Canada Limited,
Hamilton, Ontario (Kanada)

Vertreter:

Dr. jur. E. Fischer, Rechtsanwalt,
6000 Frankfurt, Reuterweg 14

Als Erfinder benannt:

Jaroslaw George Sibakin, Ancaster, Ontario;
Paul Audette, Ottawa, Ontario (Kanada)

Beanspruchte Priorität:
Kanada vom 18. März 1960 (794 811)

wenn das Produkt als Einsatz für Stahlherstellungsverfahren bestimmt ist. Infolgedessen müssen Maßnahmen vorgesehen werden, um diesen niedrigen Schwefelgehalt sicherzustellen. Kalkstein, Kalziumkarbonat, ist in dieser Form schon verwendet worden, aber die Weise, in der es verwendet worden ist, hat eine weitere Schwierigkeit verursacht, weil die Oberflächen der Eisenpartikeln dazu neigen, sich mit einem Film von geschmolzenen Feinanteilen von Kalziumoxyd zu überziehen, welcher Kalziumsulfat und/oder Kalziumferrit enthalten kann. Die Anwesenheit des Films wirkt sich nachteilig auf die Reaktion zwischen dem Sauerstoffgehalt des Eisenoxyds und dem Kohlenmonoxyd an den Grenzflächen der Partikeln aus und bewirkt auch im allgemeinen eine Erhöhung des Schwefelgehaltes des Fertigproduktes.

Unter anderem ist ein Verfahren zur direkten Reduktion von Eisenerzen im Drehrohrofen bekannt (deutsche Patentschrift 639 900), bei dem die Reduktion in erster Linie mit gasförmigen Reduktionsmitteln durchgeführt wird, wobei gegebenenfalls feste Reduktionsmittel der Ofenbeschickung zugemischt sein können. Ein Teil des erforderlichen Reduktionsgases wird schon an der Austragstelle für das reduzierte Gut eingeführt, das nur als Reduktionsgas oder Kühlgas verwendet wird. Da nach diesem Verfahren in der gesamten Reduktionszone eine reduzierende Atmosphäre aufrechterhalten werden muß, kann das reduzierende Gas nicht im Ofen vollständig verbrannt

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werden, so daß ein erheblicher Teil desselben den Ofen unverbrannt und damit unausgenutzt verläßt. Das Temperaturniveau in der Reduktionszone liegt mit maximal 750° C sehr niedrig, so daß die Reduktionsgeschwindigkeit und damit die Durchsatzleistung ebenfalls gering sind.

Nach einem neueren bekannten Verfahren (deutsche Patentschrift 829 302) wird die Reduktion in der Weise durchgeführt, daß ein sauerstoffhaltiges Gas durch ein von der Aufgabeseite her eingeführtes Rohr auf die Charge aufgeblasen wird, welche im wesentlichen aus Erz in stückiger oder feinverteilter Form und einem pulverförmigem Reduktionsmittel besteht. Voraussetzung für die Durchführbarkeit des Verfahrens ist, daß das Reduktionsmittel, das im großen Überschuß verwendet wird, sehr feinkörnig ist, um die Charge vor Oxydation zu schützen.

Es wurde nun gefunden, daß auch diese Maßnahmen, nämlich die Anwendung von festen Reduktionsmitteln im großen Überschuß und in feinpulvriger Form, noch nicht genügen, um die Charge vor Oxydation zu schützen, wenn auf ihrer Oberfläche sauerstoffhaltige Gase aufgeblasen werden. Um oxydische Eisenerze in fester Phase zu einem im wesentlichen aus metallischem Eisen bestehenden Produkt im Drehrohrofen mit wirtschaftlicher Durchsatzleistung reduzieren zu können, wird erfindungsgemäß die Reduktionstemperatur so hoch gehalten, daß gerade Schmelzen und Sintern mit Sicherheit vermieden werden. Zu diesem Zweck wird ein Drehrohrofen verwendet, der mit mehreren, über seine Länge verteilten Mantelbrennern ausgerüstet ist. Über diese Mantelbrenner können sowohl Brennstoff wie auch Verbrennungsluft in genau dosierbarer Menge in den Ofen eingeführt werden. Mit ihrer Hilfe kann in allen Teilen der Reduktionszone eine gleichförmige und optimale Temperatur und außerdem an allen Stellen optimale Gaszusammensetzung eingehalten werden. Die optimale Gaszusammensetzung muß erfindungsgemäß nicht reduzierend sein, es genügt vielmehr, eine neutrale bis schwach reduzierende Atmosphäre oberhalb der Beschickung aufrechtzuerhalten, da die reduzierenden Bedingungen in der Beschickung durch das in dieser aus dem beigemischten festen Brennstoff entwickelte CO sichergestellt sind. Gegebenenfalls kann erfindungsgemäß oberhalb der Beschickung sogar oxydierende Atmosphäre aufrechterhalten werden, d. h., es ist möglich, das aus der Beschickung austretende CO ganz oder teilweise zu CO₂ zu verbrennen, wenn dies im Hinblick auf die örtlich einzuhaltende Temperatur und den an der entsprechenden Stelle herrschenden Kohlenstoffüberschuß zweckmäßig erscheint. Erfindungsgemäß genügt ein gegenüber bekannten Verfahren ziemlich bescheidener Überschuß an festem Brennstoff, nämlich ein solcher, der 50 bis 200 % über der zur Reduktion des Gesamteisengehaltes erforderlichen Kohlenstoffmenge liegt. Der im festen Reduktionsmittel normalerweise enthaltene Schwefel wird dabei in an sich bekannter Weise durch ein Entschwefelungsmittel, wie Kalkstein oder Dolomit, gebunden. Wesentlich ist dabei, daß dieses Entschwefelungsmittel in einer Korngröße von mindestens 1 mm, vorzugsweise einem Korngrößenbereich von 1 bis 3 mm, und unabhängig vom Schwefelgehalt des verwendeten Reduktionsmittels in einer Menge von mindestens 4 Gewichtsprozent des eingesetzten Erzes angewendet wird. Das Erz selbst wird vorzugsweise mit größerer Korngröße als das Reduktionsmittel und das Entschwefelungsmittel, insbesondere in Korngrößen von 6 bis 15 mm, eingesetzt, und zwar vorzugsweise in Form von Pellets dieser Größe. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 ist ein Fließschema einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens;

F i g. 2 ist eine schematische Abbildung eines Apparates, in dem das Verfahren durchgeführt werden

ίο kann.

Gleiche Positionsnummern bezeichnen in der nachstehenden Beschreibung und in den Figuren durchgehend gleiche Konstruktionsteile. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Eisenoxyd befindet sich vorzugsweise jedoch nicht unabdingbar in der Form eines Erzes oder Konzentrates hoher Reinheit. Andere als oxydierbare Verunreinigungen, wie z. B. Schwefel, der in einer vorgeschalteten Röstoder Sinterstufe verflüchtigt werden kann, werden durch das Verfahren nicht entfernt. Wenn unerwünschte Verunreinigungen im Ausgangsmaterial enthalten sind, muß der Gehalt auf einen zulässigen Wert entweder vor oder während einer Vorbehandlung, wie z. B. einer Röstung oder einer anderen Behandlung, gesenkt werden.

Wie F i g. 1 zeigt, werden die Eisenerzpartikeln in der Agglomerationsstufe 1 in eine gewünschte Form gebracht, wie z. B. Pellets oder kugelförmige Knollen. Diese Verfahrensstufe ist entbehrlich, wenn das angelieferte Erz in geeigneter Korngröße vorliegt. Die für diese Stufe verwendete Vorrichtung ist eine bekannte Pelletisiermaschine, in welcher Erzpartikeln zur gewünschten Form und Größe agglomeriert werden. Es wurde gefunden, daß das Eisenerz im angelieferten oder agglomerierten Zustand in einer Korngröße von mindestens 6 mm und vorzugsweise von 6 bis 15 mm vorliegen muß, um sowohl genügende Reduktionsgeschwindigkeit wie auch einen ausreichenden Reduktionsgrad innerhalb einer wirtschaftlich tragbaren Zeit zu gewährleisten. Wenn also die Pellets kugelförmig sind, sollten sie mindestens 6 mm Durchmesser haben. Liegen die Pellets oder Erzstücke in anderer Form, beispielsweise in elliptischer vor, dann muß die kleinste Abmessung mindestens 6 mm betragen. Auf diese Weise wird ein optimales Verhältnis des Volumens der eingesetzten Partikeln zu ihrer Oberfläche gewährleistet, so daß die der Verunreinigung durch Schwefel aus dem Brennstoff ausgesetzte Oberfläche verringert und auch die Bildung eines anhaftenden Filmes aus Ascheoxyden und körnigen festen Brennstoffteilen weitgehend unterdrückt wird. Für eine zufriedenstellende Reduktion innerhalb einer wirtschaftlich vernünftigen Zeitspanne ist die maximale Größe etwa 15 mm. Bei längeren Verweilzeiten können auch größere Abmessungen verwendet werden. Es wurde gefunden, daß Eisenoxydteile von weniger als etwa 6 mm vom Standpunkt des Schwefelgehaltes und des Reduktionsgrades des Fertigproduktes sowie auch wegen möglichen Anhaftens von Gangartbestandteilen weniger zufriedenstellend ist.

Die Pellets werden der Röststufe 2 aufgegeben, wo sie bei einer Temperatur geröstet werden, die ausreicht, um die Eisenpartikeln miteinander zu verbinden. Je nach der Zusammensetzung der Gangart liegt diese Temperatur im allgemeinen in den Grenzen von 1000bisl500°C. Die für jedes Erz optimalen Temperaturbedingungen können jeweils leicht festgestellt werden. Vorzugsweise wird die Röstung in der An-

C+ 1	V2 O2 ->	3CO	3	CO2	(D
Fe2O3	+ 3C0->	2Fe-!-			(2)
3CO2	+ 3C -+	6C0	3	CO	(3)
Fe2O3	+ 3C -*	2Fe +		(4)

5 6

Wesenheit eines Gases durchgeführt, welches freien CO₂ und CO gebildet wird, das CO reagiert mit dem' Sauerstoff enthält, wie z. B. Luft, mit Sauerstoff an- Sauerstoffgehalt des Eisenoxyds durch Bildung von gereicherte Luft oder Sauerstoff. Diese Verfahrens- CO₂, so daß sich die Reaktionsfolge wiederholen stufe, die in einem bekannten Röstofen oder auf kann. Diese Reäktionsfolge kann durch die folgenden einem Sinterband durchgeführt werden kann, dient 5 Gleichungen dargestellt werden:
mehreren vorteilhaften Zwecken. Die Eisenoxydpartikeln werden zu festen zusammenhängenden Körpern
verbunden, die ohne Gefahr des Zerfallens in der
nachfolgenden Verfahrensstufe gehandhabt werden
können. Eventuell vorhandene Eisenoxyde niedrige- io
ren Oxydationsgrades, wie z. B. Magnetit Fe₃O₄, werden zu Ferrioxyd Fe₂O₃ oxydiert, und der Schwefelgehalt des Erzes kann als SO₀ praktisch vollständig Im Reduktionsofen bestehen daher mindestens zwei entfernt werden. Die Entfernung des Schwefels in Zonen, und zwar die Vorwärmezone, in welche die dieser Stufe ist wichtig, weil jeglicher Restschwefel in 15 Mischung aus Eisenoxyd, festem Reduktionsmittel das Endprodukt mitgeschleppt wird, in welchem die und Flußmittel aufgegeben und auf Reäktionstempetheoretische Schwefelkonzentration bei vollständiger ratur erhitzt wird, und die Reduktionszone, in wel-Reduktion etwa das l,4fache des Schwefelgehaltes eher die Reaktionen (2), (3) und (4) im gewünschten der gerösteten Pellets beträgt. Ausmaß ablaufen. Obwohl es theoretisch möglich ist,

Aus der Röststufe 2 werden die Pellets der Reduk- 20 eine vollständige Reduktion der Eisenoxydpellets bis tionsstufe 3 zugeführt, wo sie mit einem reduzieren- zu metallischem Eisen durchzuführen, wurde gefunden Gas, wie z. B. Kohlenmonoxyd, in Anwesenheit den, daß dies für die Herstellung von Rohmaterial von Kohlenstoffteilchen als festem Reduktionsmittel, für nachgeschaltete Eisen- und Stahlgewinnungsöfen wie z. B. Kohle, vorzugsweise nicht backender Kohle wirtschaftlich unzweckmäßig ist. Mit Rücksicht auf oder Koks und einem Flußmittel wie Kalkstein, 25 die Reaktionsgeschwindigkeit, die Investitionskosten CaCO₃, oder vorzugsweise Dolomit CaMg (CO₃)₂ be- und die Brennstoffkosten wurde gefunden, daß das handelt werden. Vorzugsweise wird Dolomit als Fluß- Verfahren auf einer wirtschaftlich tragbaren Grundmittel in dieser Verfahrensstufe verwendet, weil Do- lage durchgeführt werden kann, wenn nur 85 bis lomitpartikeln leicht innerhalb eines gegebenen Korn- 95 °/o des Eisengehaltes zu metallischem Eisen redugrößenbereiches hergestellt werden können und diese 30 ziert wird und ein Teil des Eisens in der Form eines Partikeln geringere Neigung zum Splittern oder Zer- Oxydes verbleibt. Das so erhaltene Produkt ist als fall während der Reduktionsstufe haben als Kalk- Rohmaterial für Eisen- und Stahlgewinnungsöfen gesteinpartikeln. Die Reduktion wird vorzugsweise in eignet. Das Verfahren ist sehr anpassungsfähig, und einem Drehrohrofen durchgeführt. die Temperaturbedingungen und die Reaktionszeit

Es wurde weiter gefunden, daß die Korngrößen 35 können für die Behandlung eines spezifischen Erzes der Partikeln aus kohlenstoffhaltigem Brennstoff und leicht ermittelt werden, um die gewünschte Reduk-Kalkstein oder Dolomit wichtig für einen befriedigen- tion unter Berücksichtigung der wirtschaftlichen Fakden Ablauf der Reduktion sind, insbesondere, wenn toren und der Bedingungen des Eisen- oder Stahldiese in einem Drehrohrofen oder einem anderen gewinnungsofens, in dem das Produkt als Rohmate-Ofen durchgeführt werden, wo die Materialien, aus 40 rial verwendet werden soll, zu erzielen,
denen die Charge gemischt ist, kontinuierlich umge- Die für die Reduktionsreäktion angewendete Temstürzt und gegeneinander gewälzt werden. Die Stücke peratur ist für die Durchführung des Verfahrens des kohlenstoffhaltigen Brennstoffes sollen, gleich- wichtig. Es wurde gefunden, daß durch die ganze Regültig, ob sie in der Form von Kohle oder Koks vor- duktionszone des Ofens hindurch eine praktisch einliegen, kleiner als 12 mm sein, um eine maximal 45 heitliche Temperatur aufrechterhalten werden muß, große Oberfläche in Kontakt mit der freien Ober- die innerhalb enger Minimal- und Maximalgrenzen fläche der Eisenoxydpellets zu haben. Eine kritische gehalten werden muß.

untere Grenze im strengen Sinn gibt es nicht, jedoch Die bei der Reduktionsreäktion maximal zulässige

werden Stücke im Korngrößenbereich von 1 bis Temperatur wird in erster Linie bestimmt von der

12 mm bevorzugt, um die Staubverluste kleinzuhalten, 50 Zusammensetzung und Menge der in den Pellets mit

den Transport zu erleichtern und trotzdem eine ge- dem Erz vorhandenen Gangmaterialen. Die Erwei-

nügend große Oberfläche zur Verfügung zu haben. chungstemperatur eines bestimmten Eisenerzes oder

Die Stücke von Kalkstein und/oder Dolomit müs- einer Mischung von Eisenerzen kann durch bekannte sen im Korngrößenbereich von 1 bis 3 mm vorliegen. Prüfmethoden leicht festgestellt werden. Als Maxi-Die Anwesenheit feinerer Partikeln würde dadurch 55 maltemperatur kann dann die Temperatur ermittelt Betriebsschwierigkeiten hervorrufen, daß bei der werden, bei der die Reaktion ohne Schmelzen oder Temperatur, bei der die Reduktion durchgeführt wird, beginnendes Schmelzen an den Oberflächen der Peldie Feinanteile dazu neigen, sich an der Ofenausklei- lets, welches die Bildung eines anhaftenden Filmes dung und an der freien Oberfläche der Pellets fest- oder das Zusammensintern der Chargenstücke bezusetzen. Der Kalkstein oder Dolomit soll der Char- 60 wirken würde, durchgeführt werden kann,
genmischung in einer Menge von mindestens 4 Ge- Die Hauptaufgabe des festen Brennstoffes im erfinwichtsprozent des Erzes zugesetzt werden, um einen dungsgemäßen Prozeß ist es, eine Kohlenstoffquelle Überschuß über die theoretisch zur Bindung des in für die Umsetzung von CO₂ zu CO zu liefern. Die den Reaktionspartnern und im Brennstoff enthaltenen ganze Reaktionswärme oder ein Teil derselben kann Schwefels zu gewährleisten. 65 von einer äußeren Wärmequelle, wie z. B. einem

Die Reaktionsfolge, die während dieser Verfahrens- axialen und/oder mehreren radialen, in Abständen

stufe stattfindet, umschließt die Anfangsreaktionen längs des Reaktors angeordneten Öl- oder Gasbren-

zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff, bei welchem nern, geliefert werden. Wenn ein Restbedarf an

Wärme für die Durchführung der Reaktion vorliegt, kann dieser von dem festen Kohlenstoff im Reaktionsgemisch erlangt werden. Das Verhältnis, in dem Wärme innen vom Kohlenstoff der Charge erzeugt und von außen zugeführt wird, beruht auf wirtschaftlichen Überlegungen und kann vor der Durchführung des Verfahrens leicht ermittelt und genau während der Durchführung des Verfahrens kontrolliert werden. Auf diese Weise wird die Temperatur, bei der die Reduktion durchgeführt wird, genau kontrolliert und praktisch einheitlich durch die ganze Reduktionszone hindurch aufrechterhalten und die Bildung von lokalen Übertemperaturen an der Oberfläche der Pellets vermieden. Der Kohlenstoffgehalt der dem Reaktor aufgegebenen Charge wird so eingestellt, daß der Kohlenstoffbedarf für die Reduktion von Eisenoxyd zu Eisen und der Anteil an Reaktionswärme, der aus dieser Quelle gedeckt werden soll, vorhanden ist und daß außerdem ein Überschuß für die Aufrechterhaltung einer reduzierenden Atmosphäre im Reaktor verbleibt.

Das Flußmittel aus Kalk oder vorzugsweise Dolomit von der obenerwähnten Korngröße wird in einem Überschuß über die theoretisch zur Abbindung des im Brennstoff und dem Reduktionsmittel enthaltenen Schwefels erforderliche Menge zugesetzt. Wie bereits erwähnt, wird Dolomit als Flußmittel bevorzugt, weil die Teilchen desselben während der Reduktionsreaktion nicht in solchem Maße zerfallen und Staub bilden wie Kalkstein.

Die maximale Temperatur, die an irgendeinem Punkt der Reaktionszone angewendet werden kann, muß so nahe wie möglich bei, aber mit Sicherheit so weit unterhalb derjenigen Temperatur liegen, bei der das Anhaften von Flußmittel oder Ascheoxyden an der Oberfläche der Pellets und der Ofenauskleidung und/oder Sintern der Charge erfolgen kann.

Die Reaktionsgeschwindigkeit der Reduktion ist von der Temperatur abhängig. Während es zwar keine kritische untere Temperaturgrenze gibt, wird die Reaktion doch gewöhnlich bei einer Temperatur durchgeführt, bei der sie mit ausreichender Geschwindigkeit abläuft. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es durch die Verwendung von festem Reduktionsmittel und Flußmitteln innerhalb der angegebenen Korngrößenbereiche und durch Verwendung äußerer Wärmequellen möglich ist, eine praktisch gleichförmige Temperatur innerhalb der gesamten Reaktionszone aufrechtzuerhalten, wobei es möglich ist, diese Temperatur nahe, aber sicher unterhalb derjenigen zu halten, bei welcher ein Ankleben von Flußmitteln oder Aschenoxyden an die Oberfläche der Pellets und an die Ausmauerung des Ofens eintreten würde.

Die F i g. 2 zeigt schematisch und beispielweise eine Vorrichtung, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Die aus Eisenoxydpellets, festem kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel und Flußmittel bestehende Chargenmischung wird aus einem Aufgabebunker 10 über eine Aufgabeschurre 11 dem Aufgabeende 13 des Drehrohrofens aufgegeben.

Als Reduktionsofen kann ein Ofen mit kreisförmigem Querschnitt von einer in den Grundzügen bekannten Bauart verwendet werden. Er kann also aus einer äußeren Hülle 12 mit einer Innenausmauerung aus feuerfestem Material 14, wie Schamotte, Magnesit, Chromit od. dgl., bestehen. Der Ofen ist in üblicher Weise auf Drehzapfen 22 gelagert und kann mit einer vorher festgelegten Drehzahl rotiert werden, beispielsweise durch einen Motor 15 über einen Untersetzungsgetriebesatz 16, dessen Schlußzahnrad in ein um den Außenmantel 12 herum angebrachtes Zahnrad 17 eingreift, das nur am Mantel 12 befestigt ist. Der Ofen kann horizontal montiert werden, wobei Mittel für die Beförderung der Charge vom Aufgabezum Abwurfende vorgesehen werden müssen, oder er ίο kann schräg gestellt sein, um den Materialfluß durch ihn zu erleichtern. Es können Leitbleche vorgesehen werden, um die Fortbewegung der Charge durch den Ofen zu erleichtern. Geeignete Ofenkonstruktionen sind bekannt und sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Die dem Ofen aufgegebene Charge durchwandert die Aufheizzone 18, wo sie, entweder durch das im Gegenstrom strömende Gas oder durch Außenheizung oder durch beide Wärmequellen auf die Reaktionstemperatur, vorzugsweise 1100° C, erhitzt wird. Vorzugsweise werden als Brennstoff Heizgase verwendet, doch ist auch Heizöl brauchbar.

Die erwärmte Charge gelangt anschließend in die Reduktionszone 21, die durch Verbrennung des festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffes und zusätzlich mittels durch die Brenner 19 und Axialbrenner 26 am Austrittsende des Ofens eingeführten Brennstoffes auf Reaktionstemperatur gehalten wird. Die Brenner 19 sind entlang der Reduktions- und Aufheizzone des Ofens in Intervallen angeordnet. Diese Brenner sind durch die mit Ventilen versehene Leitung 20 mit einer Brennstoffquelle verbunden. Die für die Reaktionen notwendige Luft wird über Brenner 19 und 26 durch die Luftzufuhrleitung 20 α zugeführt. Auch die Wärmezufuhr und die Zufuhr an Luft kann durch die Ventile in den Leitungen 20 und 20 α innerhalb sehr enger Grenzen eingeregelt werden, wobei der Regelbereich sowohl für die Heizung wie auch für die Luft von 0 bis zum Maximum reicht.

Die in den Ofen eingeführten und in diesem gebildeten Gase strömen im Gegenstrom zur festen Charge, wie in der Figur dargestellt. Das Abgas wird am Aufgabeende 29 um die Aufgabeschurre 11 herum abgezogen. Es kann über Dach gefahren oder zwecks Gewinnung von Wärme, festen oder gasförmigen Bestandteilen aufgefangen werden.

Das Austrittsende 25 des Ofens wird vorzugsweise durch einen axial angeordneten Brenner 26 beheizt, der ebenfalls mit Quellen für Brennstoff und Luft verbunden ist.

Die fertigbehandelte Reaktionsmischung, die aus reduzierten, Eisen und Eisenoxyd enthaltenden Pellets, Ascheoxyden, unreagierten Kohlenstoffanteilen und reagierten und unreagierten Flußmittelanteilen besteht, wird am Abwurfende 27 abgezogen. Im allgemeinen ist es notwendig, die Reaktionsmischung auf eine Temperatur abzukühlen, bei der sie in geeigneter Weise mit bekannten Mitteln zwecks Gewinnung der gewünschten Eisen-Eisenoxyd-Pellets behandelt werden kann. Diese Kühlung soll unter solchen Bedingungen erfolgen, daß eine Reoxydation der Pellets vermieden wird. Ein brauchbares Verfahren ist in der Figur dargestellt, nach welcher eine stark reduzierende Atmosphäre am Abwurfende des Ofens aufrechterhalten wird. Die Reaktionsmischung wird in dieser reduzierenden Atmosphäre zu einerd Kühler 31 weitergeleitet, in dem sie, ebenfalls in reduzierender Atmosphäre, etwa auf Atmosphären-

temperatur oder mindestens auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der die Pellets aus der Reaktionsmischung ohne Gefahr der Reoxydation abgetrennt werden können. Als Kühler 31 kann ein solcher bekannter Bauart verwendet werden, wie z. B. die in der Figur dargestellte außen gekühlte Drehtrommel.

Im Kühler 31 kann eine reduzierende Atmosphäre, beispielsweise durch Einleiten von Kohlenmonoxyd, durch Leitung 41 aufrechterhalten werden. Das Gas aus dem Kühler kann, wenn gewünscht, in der Reduktions- oder Aufheizzone als Brennstoff verwendet werden.

Die Eisen-Eisenoxyd-Pellets können aus der dem Kühler 31 entnommenen abgekühlten Reäktionsmischung in bekannter Weise, beispielsweise durch Absieben oder ein sonstiges übliches Trennverfahren, abgetrennt werden. Die Pellets können direkt einem Eisen- oder Stahlgewinnungsofen aufgegeben oder gelagert werden. Im letzteren Fall ist es zweckmäßig, sie mit einem Schutzfilm beispielsweise aus Graphit oder Kalk oder beidem zu überziehen, der sie vor Oxydation schützt.

Die Temperatur, die in der Reduktionszone aufrechterhalten wird, hängt von der Zusammensetzung des Eisenerzes und der damit vergesellschafteten Gangart ab. Die maximale Redüktionstemperatur kann leicht durch bekannte Versuche unter Berücksichtigung des Umstandes festgestellt werden, daß die Bildung eines dünnen Überzuges aus Gangart auf der Oberfläche der Pellets und das Anhaften von Teilchen der Charge an der Ofenwand verhindert werden

ίο soll. Bei der Behandlung des Erzes in den folgenden Beispielen wurde die Reduktionszone auf einer Temperatur im Bereich von 950 bis 1130° C gehalten.

Die folgenden Beispiele zeigen Ergebnisse der Durchführung des Verfahrens. Für die Ausführungsbeispiele wurde ein Drehrohrofen von 10 m Länge und 0,45 m innerem Durchmesser verwendet, der mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von Vs Umdrehung je Minute rotiert wurde. Der Kühler war 6 m lang, hatte 0,30 m inneren Durchmesser und wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa -k Umdrehungen je Minute rotiert. Die Zusammensetzung der Ausgangsmaterialien war die folgende:

Tabelle 1

	Vo SiO2	VoAl2O3	Vo CaO	Vo MgO	VoS	VoFe	Vo Fixer C	Vo flüchtige Bestandteile	Vo H2O
Rohpellets ... Anthrazit .... Dolomit Kalkstein ....	1,63 0,86 1,60 0,50	0,29 0,79 0,55 0,25	1,37 0,14 32,86 54,77	0,20 0,15 16,00 0,16	0,003 1,00 0,15 0,05	66,80 0,94 0,74 0,34	86,30	9,30	0,90 0,08

Stadtgas: 2,3% CO₂; 0,4»/» O₂; 9,3% CO; 50,1% H₂; 21,7% CH₄; 13,7% N₂; 2,5%C_mH„.

Das Eisenoxydkonzentrat wurde pelletisiert. Die Pellets wurden in oxydierender Atmosphäre auf einem Wanderrost erhitzt und das Produkt in den Reduktionsofen gespeist. Die Zuführungsgeschwindigkeit in dem Reduktionsofen wurde so eingestellt, daß ein Füllungsgrad von 30% der Ofenkapazität und eine Gesamtverweilzeit im Ofen von 4 Stunden, von denen 2¹U Stunden in der Reduktionszone verbracht wurden, erzielt wurde.

Die bei den verschiedenen Versuchen eingehaltenen Bedingungen sind in der Tabelle 2 zusammengestellt.

Tabelle 2

Festes Reduktionsmittel
Koks:

Teilchengröße: unter 1 mm.
Anthrazit:

In den verschiedenen Versuchen wurde Anthrazit mit den Korngrößengrenzen 0 bis 1 mm;

0 bis 3 mm; 0 bis 5 mm; 0 bis 10 mm verwendet. Eingesetzte Mengen: Es wurde 150%, 200%, 250%, 300% der für die Reduktion theoretisch benötigten Menge verwendet.
Pelletskorngröße: Unter 3 mm, 6 bis 8 mm, 12 bis 15 mm, 20 bis 25 mm und 25 bis 35 mm.

Dolomitkorngröße:

1 bis 3 mm.

Eingesetzte Mengen: OVo, 6%, 8% und 12% des eingesetzten Erzgewichtes.

Kalkstein:

Korngröße unter 1 mm; 1 bis 3 mm. Die eingesetzten Mengen waren die gleichen wie bei Dolomit.

Temperatur in der Reduktionszone:

95O⁰C, 1000⁰C, 1050⁰C, 1100⁰C, 113O⁰C.

Die Versuche wurden mit verschiedenen Kombinationen von Teilchengröße der Reaktionspartner, Mengen an Zusatzstoffen und Temperaturen durchgeführt.

Die Versuchsbedingungen wurden bei jedem Versuch für die Dauer der Versuchsperiode, das ist von 4 bis 8 Stunden, konstant gehalten. Die Versuchsperioden waren Teil einer kontinuierlichen Versuchskampagne, die 5 bis 6 Tage dauerte. Die Versuche wurden während mehrerer Versuchskampagnen durchgeführt. Gereinigtes Kdksofengas wurde, wenn nötig, als zusätzliche Wärmequelle für die Brenner 19 und 26 verwendet. Die Zuführungsgeschwindigkeit, die Wärmemenge, das Volumen an Gas und Luft sowie Volumen und Zusammensetzung der Abgase wurden kontinuierlich gemessen. Das Temperaturprofil des Ofens wurde ebenfalls kontinuierlich gemessen und innerhalb vorbestimmter Grenzen gehalten. Menge und Korngrößenverteilung des Ofenabwurfes wurden gemessen und seine chemische Zusammensetzung bestimmt.

Es wurde gefunden, daß die besten der hergestellten reduzierten Pellets 90 bis 94% Eisen enthielten. Sie hatten einen Schwefelgehalt unter 0,03% und waren frei von anhaftendem Flußmittel und Flug-

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asche. Sie eigneten sich ausgezeichnet für den Einsatz in einen Eisen- oder Sta'hlgewinnungsofen. Die besten Pellets wurden dann erhalten, wenn die Rohpellets mit einem Durchmesser von 6 bis 15 mm eingesetzt wurden und der Charge mindestens 4% des eingesetzten Erzgewichtes an Flußmittel in der Korngröße von 1 bis 3 mm zugesetzt worden war, und wenn das feste Reduktionsmittel in einer Korngröße unter 12 mm und in solcher Menge zugesetzt wurde, daß in den Ofen verlassende Produkt noch mindestens so viel Kohlenstoff enthalten war, wie 10% des eingesetzten Rohpelletsgewichtes entsprach, und die Temperatur für dieses besondere Erz im Bereich von 1100 bis 1130° C gehalten wurde.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine Reihe wesentlicher Vorteile. Eisenoxyd kann zu einem aus metallischem Eisen und Eisenoxyden bestehenden Produkt, welches für den Einsatz in Eisen- und Stahlgewinnungsöfen geeignet ist, rasch und mit verhältnismäßig niedrigen Anlage- und Betriebskosten reduziert werden. Der Schwefelgehalt des Produktes kann auf einen tragbaren Wert erniedrigt und auf diesem Wert gehalten werden. Das Produkt ist praktisch frei von Verunreinigungen wie schwefelhaltigem Flußmittel und Ascheoxyden. Die Verfahrensbedingungen können leicht so eingestellt werden, daß ein Produkt mit jedem gewünschten Reduktionsgrad bis zu etwa 95°/o erhalten wird.

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reduktion von Eisenerz zu einem metallisches Eisen und Eisenoxyd enthaltenden Produkt in fester Phase bei erhöhter Temperatur mit Kohlenmonoxyd in Gegenwart von festem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff und einem Entschwefelungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung, bestehend aus stückigen oxydischen Eisenerzen, vorzugsweise Pellets, mit einer Korngröße von mindestens 6 mm und kohlenstoffhaltigem, festem Brennstoff in einer Korngröße von 1 bis 12 mm in einem Gewichtsverhältnis, das einem Überschuß von 50 bis 200 Gewichtsprozent über die zur Reduktion des Gesamteiseninhalts erforderliche Kohlenstoffmenge entspricht, sowie Entschwefelungsmittel in einer Korngröße von mindestens 1 mm, wobei der Flußmittelanteil mindestens 4 Gewichtsprozent des eingesetzten Erzes beträgt, mit in der Charge selbst aus dem beigemischten festen Brennstoff erzeugten Kohlenmonoxyd in einer Reaktionszone zur Reaktion gebracht wird, die durch Zuführung mindestens eines Teiles der für die Aufrechterhaltung der Reaktion notwendigen Wärme durch einen am Austragsende angebrachten Zentralbrenner und durch über den Mantel des Ofens verteilten Mantelbrenner in allen Teilen auf praktisch gleichförmige Temperatur von 1000 bis 1500° C, vorzugsweise 1100° C, gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenerz bzw. die Eisenerzpellets in Korngrößen von 6 bis 15 mm eingesetzt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Entschwefelungsmittel mit einer Korngröße im Bereich von 1 bis 3 mm eingesetzt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsgemisch in einer Kühlzone in reduzierender Atmosphäre gekühlt und das Eisen und Eisenoxyd enthaltende Produkt von der Reaktionsmischung abgetrennt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß reduzierendes Gas von der Kühlzone in die Reaktionszone geführt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 639 900, 829 302,
258;
Zeitschrift »Neue Hütte«, 1956, S. 282 und 289.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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