DE1267237B

DE1267237B - Process for reducing iron ore

Info

Publication number: DE1267237B
Application number: DEP1267A
Authority: DE
Inventors: Juan Celada
Original assignee: Fierro Esponja SA
Current assignee: Fierro Esponja SA
Priority date: 1959-04-20
Filing date: 1959-04-20
Publication date: 1968-05-02

Description

Verfahren zur Reduktion von Eisenerz Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reduktion von Eisenerz, bei dem man das Erz in stückiger Form einem Reaktor zwecks Ausbildung eines Festbettes in diesem zuführt und ein vorgebildetes Reduktionsgas, das weitgehend aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff zusammengesetzt ist, durch das Festbett zum Reduzieren des Erzes zu Eisenschwamm leitet. Hierbei wird ein relativ hoher Anteil des Eisenerzes in kurzer Zeit übergeführt.Process for reducing iron ore The invention relates to a process for the reduction of iron ore, in which the ore is in lump form a reactor for the purpose of forming a fixed bed in this and a pre-formed Reducing gas, which is largely composed of carbon monoxide and hydrogen is passed through the fixed bed to reduce the ore to sponge iron. Here a relatively high proportion of the iron ore is transferred in a short time.

Zwar ist ein Hochofen ein leistungsfähiger Konverter für Reduzieren großer Mengen von Eisenerz. Bei geringer Größe arbeitet er aber erfahrungsgemäß unwirtschaftlich; es rechtfertigt sich in solchen Fällen nicht mehr der unvermeidlich hohe Kostenaufwand für zusätzliche Anlagen und Ausrüstungen.A blast furnace is a powerful converter for reducing large amounts of iron ore. However, experience shows that it works when the size is small uneconomical; in such cases it no longer justifies the inevitable high costs for additional systems and equipment.

Für die Gewinnung von Eisenschwamm, d. h. Eisen in fester poröser Form, kann man bekanntlich bei einer unter den Hochofentemperaturen liegenden Temperatur z. B. ein Bett aus zerkleinertem Eisenerz, unter anderem im Gemisch mit einem festen Reduktionsmittel, wie Koks oder Kohle, erhitzen oder mit durchgeleiteten Reduktionsgasen entsprechend behandeln. Hierbei arbeitet man zwar unter geringerem Kostenaufwand als beim Hochofen mit großen Ausrüstungen; jedoch wurde dabei entweder nicht genügend Überführung des Erzes zu metallischem Eisen in einer wirtschaftlich vertretbaren Zeit erzielt oder war Verwendung untragbar kostspieliger Rohmaterialien erforderlich.For the extraction of sponge iron, i. H. Iron in solid, porous form can, as is known, at a temperature below the blast furnace temperatures, for. B. a bed of crushed iron ore, among other things in a mixture with a solid reducing agent such as coke or coal, heat or treat accordingly with passed reducing gases. It is true that one works at a lower cost than with a blast furnace with large equipment; however, either insufficient conversion of the ore to metallic iron in an economically reasonable time was achieved or the use of prohibitively expensive raw materials was required.

Bekannt ist auch das Entlangführen von pulverisiertem Eisenerz in quasi fluidisiertem Zustand, nämlich suspendiert in einem Gasstrom, für Reduktion zu Metall bei einer relativ niedrigen Temperatur, nämlich unter 700' C. It is also known to carry pulverized iron ore along in a quasi-fluidized state, namely suspended in a gas stream, for reduction to metal at a relatively low temperature, namely below 700 ° C.

Bei einem anderen Verfahren wird unter Benutzung eines festen Reduktionsmittels zunächst das Erz zu einem niederen Oxyd reduziert, darauf Kohlenstoff - aus einem diesen enthaltenden Gas, das Wasserstoff enthält - abgelagert, der dann durch Erhitzen auf eine relativ hohe Temperatur reduziert wird. Hierbei werden weder das Gas noch die mitbenutzte Luft vorerhitzt.Another method involves first reducing the ore to a lower oxide using a solid reducing agent , then depositing carbon - from a gas containing hydrogen - which is then reduced by heating to a relatively high temperature. Neither the gas nor the air that is used is preheated here.

Ebenfalls bekannt ist die Verarbeitung auf Eisenschwamm eines durch einen Drehofen im Gegenstrom geführten Erzes in einer erweiterten Zone durch Reduktion mit vorgewärmtem und teilweise verbranntem Gas unter Zuführung von nicht vorerhitzter Luft durch die Seitenwände. Bei einer solchen Arbeitsweise würde in einem Festbettreaktor an verschiedenen Stellen eine zu einem ungleichmäßigen Produkt führende lokalisierte überhitzung des Erzes auftreten. Dieselben Nachteile ergeben sich auch bei einem früher vorgeschlagenen Einführen von Luft und Gas in einem hochliegenden Mindestanteilverhältnis direkt in die Reduktionszone, in der bei Temperaturen von etwa 1371 bis 16500 C Eisenschwamm aber nicht entstehen kann.Also known is the processing on sponge iron of an ore passed through a rotary kiln in countercurrent in an enlarged zone by reduction with preheated and partially burned gas with the supply of non-preheated air through the side walls. With such a method of operation, localized overheating of the ore would occur at various points in a fixed bed reactor, leading to a non-uniform product. The same disadvantages also arise with a previously proposed introduction of air and gas in a high minimum proportion directly into the reduction zone, in which sponge iron cannot form at temperatures of around 1371 to 16500 C.

Wesentlich für Verarbeitung auf Eisenschwanun von Erzen in besonderer Art und Weise unter Anordnung in zerkleinerter Form zu einem Festbett sind unter anderem die Zusammensetzung wie auch die Temperatur der Reaktionsgase bzw. vorbehandelter Gasgemische und Zeitpunkt wie Ort und Stelle ihres Inberührungbringens mit dem zu behandelnden Aufgabegut.Essential for processing ores on iron swanun in particular Way under arrangement in crushed form to a fixed bed are under among other things, the composition as well as the temperature of the reaction gases or pretreated gases Gas mixtures and the time and place of their contact with the to be treated.

Ziel der Erfindung ist die Reduktion von Eisenerz zu Eisenschwamm in einem kurzen Zeitraum, insbesondere unter Benutzung von in Überfluß vorhandenen und billigen Rohmaterialien, wobei außerdem ein Festbett aus dem zerkleinerten Ausgangsgut unter ununterbrochener Zuführung eines vorgebildeten Reaktionsgases bestimmter Zusammensetzung und bei praktisch konstanter, relativ hoher Temperatur behandelt wird. In einer Reihe von kontrollierten Stufen wird das reduzierende Gasgemisch dargestellt, so daß unter den später angegebenen Bedingungen Umwandlungen des Eisenerzes leicht bis zu 80 bis 90% leicht in 3 bis 4 Stunden erzielt werden.The aim of the invention is the reduction of iron ore to sponge iron in a short period of time, in particular using abundant and cheap raw materials, with a fixed bed of the comminuted starting material with uninterrupted supply of a pre-formed reaction gas of a certain composition and at a practically constant, relatively high temperature is treated. The reducing gas mixture is prepared in a series of controlled stages so that, under the conditions specified below, conversions of the iron ore can easily be achieved by up to 80 to 90% in 3 to 4 hours.

Für das erfindungsgemäße Verfahren erstellt man das Reduktionsgas aus atmosphärischer Luft und einem weitgehend aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff zusammengesetzten Reduktionsgas.The reducing gas is created for the method according to the invention from atmospheric air and one largely from carbon monoxide and hydrogen composite reducing gas.

So kann man z. B. dann, wenn die Erzbehandlung in einer Gegend durchgeführt wird, in der man Natur- oder Erdgas zur Verfügung hat, dieses nach Vermischung mit Dampf katalytisch zu Wasserstoff und Kohlenmonoxyd nach an sich bekannten technischen Verfahren umwandeln. Alternativ kann man die üb- licheWassergasreaktion für die Erzeugung eines Gasgemisches gewünschter Zusammensetzung anwenden.So you can z. B. when the ore treatment is carried out in an area in which natural or natural gas is available, convert this catalytically after mixing with steam to hydrogen and carbon monoxide according to known technical processes. Alternatively, the usual water gas reaction can be used to generate a gas mixture of the desired composition.

In einem der weiteren Gesichtspunkte gesehen, umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren die Erhitzung eines Stromes von einem Reduktionsgas des bereits erläuterten Typs auf eine Temperatur ini Bereich von 704 bis 954' C, die getrennte Vorerhitzung eines Luftstromes auf 704 bis 17501 C und das kontinuierliche Einblasen eines begrenzten und geregelten Stromes der vorerhitzten Luft in den erhitzten Gasstrom, so daß ein Teil nur des Reduktionsgases verbrannt und dabei die Temperatur des Gasmischstromes auf 982 bis 12321 C zum Ansteigen gebracht wird. Die vorerhitzte Luft wird mit dem vorerhitzten Gas in wünschenswerter Weise in Verhältnissen von 0,1 bis 0,25 Volumina Luft je Gasvolumeinheit vermischt. Das entstandene heiße Gasreduktionsgemisch leitet man durch ein Bett vom Erz, vorzugsweise nach unten durch, um die erstrebte Reduktion des Erzes zu metallischem Eisen zu erreichen. Der einzelne besondere Unterteilungszustand des Erzes scheint nicht entscheidend zu sein; eine zweckdienliche Teilchengröße ist 6,350 bis 25,400 mrn. Gegegebenenfalls kann man ein angereichertes Erz benutzen.Viewed in one of the further aspects, the method according to the invention comprises the heating of a stream of a reducing gas of the type already explained to a temperature in the range from 704 to 954 ° C., the separate preheating of an air stream to 704 to 17501 ° C. and the continuous injection of a limited one and regulated flow of the preheated air into the heated gas flow, so that only a part of the reducing gas is burned and the temperature of the mixed gas flow is brought to 982 to 12321 C to rise. The preheated air is desirably mixed with the preheated gas in proportions of 0.1 to 0.25 volumes of air per unit volume of gas. The resulting hot gas reduction mixture is passed through a bed of ore, preferably downwards, in order to achieve the desired reduction of the ore to metallic iron. The particular state of subdivision of the ore does not seem to be decisive; a suitable particle size is 6,350 to 25,400 µm. If necessary, an enriched ore can be used.

Es wurde festgestellt, daß es zwecks Erzielung der gewünschten hohen Umwandlung des Erzes zu metallischem Eisen in einer tragbaren Zeitlänge wichtig ist, daß eine kontinuierliche Quelle von reduzierendem Gas zur Verfügung steht, das man leicht und vorherbestimmbar hinsichtlich seiner Temperatur und auch in gewissem Ausmaß bezüglich seiner Zusammensetzung kontrollieren kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem man getrennt erhitzte Ströme von Gas und Luft mischt und bei dem ein Teil des Gases zwecks Erreichung der gewünschten Endtemperatur verbrennt, kann man diese Kontrollierbarkeit und Kontinuität leicht erzielen. Während tatsächlich das Anteilverhältnis von reduzierenden Bestandteilen im Reduktionsgas durch Oxydation infolge Zugabe von Luft verringert wird, wiegen die sich durch eine solche Luftzuführung aus einer Erhöhung der Temperatur ergebenden Vorteile die Nachteile der Konzentrationsverminderung von reduzierenden Konstituenten im Reduktionsgas auf. Auch erreicht man durch Vorerhitzung der Luft wie auch des Gases die gewünschte relativ hohe Temperatur ohne übermäßige Verdünnung des reduzierenden Gases mit atmosphärischem Stickstoff.It was found that in order to achieve the desired high Conversion of the ore to metallic iron in a manageable length of time is important is that a continuous source of reducing gas is available, that one is easy and predictable with regard to its temperature and also to a certain extent Can control the extent to which it is composed. In the inventive Process in which separately heated streams of gas and air are mixed and added which burns part of the gas in order to achieve the desired final temperature, one can easily achieve this controllability and continuity. While actually the proportion of reducing constituents in the reducing gas due to oxidation is reduced as a result of the addition of air, they weigh themselves down through such an air supply the advantages of increasing the temperature and the disadvantages of reducing the concentration of reducing constituents in the reducing gas. It can also be achieved by preheating the air as well as the gas the desired relatively high temperature without excessive Dilution of the reducing gas with atmospheric nitrogen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Methode besteht darin, daß man die Fließgeschwindigkeit von reduzierendem Gas und Luft zweckdienlich an den Punkten regeln kann, an denen die Gase eine geringe Temperatur haben, d. h. vor der Vorerhitzung. So vermeidet man die sich bei Regelung des Gasstromes bei hohen Temperaturen ergebenden tatsächlichen Schwierigkeiten.Another advantage of the method according to the invention is that the flow rate of reducing gas and air can be conveniently controlled at the points where the gases are at a low temperature, i.e. H. before preheating. This avoids the actual difficulties that arise when regulating the gas flow at high temperatures.

Zwecks näherer Erläuterung und Klarlegung der Erfindung wird eine bevorzugte Ausführungsform von ihr im Zusammenhang mit einer Zeichnung beschrieben, die ein Fließbild eines Eisenerzreduktionssystems wiedergibt, nach dem man bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens arbeiten kann. Dieses System umfaßt &ei Einheiten (Anlagen) A, B bzw. C, von denen jede aus einem Vorerhitzer für das Reduktionsgas, einem Luftvorerhitzer und aus einem Reaktor besteht. Im einzelnen angegeben, umfaßt das System die Reduktionsgasvorerhitzer 10 a, 10 b und 10 c für das erwähnte Vorerhitzen des reduzierenden Gases, die Luftvorerhitzer 12a, 12b und 12 c für die Vorerhitzung der Luft und die Reaktoren 14 a, 14 b und 14 c, in denen das Eisenerz zu Eisenschwanun reduziert wird. Da die Reduktionseinheiten A, B und C gleichkonstruiert sind, wird nur der Anlagenteil A eingehender beschrieben.For the purpose of further explanation and clarification of the invention, a preferred embodiment of it is described in connection with a drawing which shows a flow diagram of an iron ore reduction system, according to which one can work when carrying out the method according to the invention. This system comprises units (plants) A, B and C, respectively, each of which consists of a preheater for the reducing gas, an air preheater and a reactor. Specified in detail, the system comprises the reducing gas preheaters 10 a, 10 b and 10 c for the aforementioned preheating of the reducing gas, the air preheaters 12a, 12b and 12 c for preheating the air and the reactors 14 a, 14 b and 14 c, in which the iron ore is reduced to iron swan. Since the reduction units A, B and C have the same design, only part A of the system is described in more detail.

In dem Vorerhitzer für das reduzierende Gas (10 a) befindet sich eine spiralförmig verlaufende Schlange 16 a, die durch den Brenner 18 a erhitzt wird, die ini Abstand auf einem Heizgassammelrohr 20 a angeordnet sind. Das aufzuheizende Reduktionsgas wird durch eine Leitung 22 a durch den Einlaß von Schlange 16 a zugeführt, wo es durch Brenner 18 a erhitzt wird und den Vorerhitzer durch die Leitung 24 a verläßt. Die Brenner 18 a werden mit Heizgas durch das Zuführungsrohr 26 a durch ein Zweigrohr 28 a, in dem sich ein Regelventil befindet, versorgt.In the preheater for the reducing gas (10 a) there is a spiral-shaped coil 16 a, which is heated by the burner 18 a, which are arranged at a distance on a heating gas collecting pipe 20 a. The reducing gas to be heated is fed through a line 22 a through the inlet of coil 16 a, where it is heated by burner 18 a and leaves the preheater through line 24 a. The burners 18 a are supplied with heating gas through the supply pipe 26 a through a branch pipe 28 a in which a control valve is located.

Die mit dem Reduktionsgas zu vermischende Luft wird in dem Luftvorerhitzer 12 an vorgeheizt, in dem sich eine Spiralschlange 32 a befindet, die durch die Brenner 34a beheizt wird, die, im Abstand gehalten, auf dem Heizgassammelrohr 36a angeordnet sind. Diesem und den Brennem 34a führt man Heizgas aus der Speiseleitung26a durch eine mit einem Regelventil 40a versehene Abzweigleitung 38a zu. Die vorzuheizende Luft wird unter Druck durch eine Leitung 42a zugeführt, die ein Regulierventil 44a zum Einlaßende von Schlange 32a enthält, und strömt durch die Schlange, in der sie durch die Brenner 34a auf die gewünschte Temperatur erhitzt wird. Die vorerhitzte Luft verläßt den Vorerhitzer 12a durch Leitung 45 a. The reducing gas to be mixed with the air is preheated in the air preheater 12 to, in which a spiral coil a is 32, which is heated by the burners 34a, kept at a distance, are arranged on the Heizgassammelrohr 36a. Heating gas is fed to this and to the burners 34a from the feed line 26a through a branch line 38a provided with a control valve 40a. The air to be preheated is supplied under pressure through line 42a containing a regulator valve 44a to the inlet end of coil 32a and flows through the coil where it is heated to the desired temperature by burners 34a. The preheated air leaves the preheater 12a through line 45a .

Wie angegeben, werden das vorerhitzte reduzierende Gas und die Luft in geeigneten Anteilverhältnissen vermischt, um eine teilweise Verbrennung des Gases herbeizuführen, um die Temperatur des entstandenen Gemisches um einen vorbestimmten Betrag zu erhöhen, ohne eine übermäßige Stickstoffkonzentration in das Gemisch einzuführen. Danach wird das entstandene Reduktionsgemisch nach unten durch ein Bett von zerkleinertem Eisenerz geleitet.As indicated, the preheated reducing gas and air are mixed in appropriate proportions to cause partial combustion of the gas to raise the temperature of the resulting mixture by a predetermined amount without introducing an excessive concentration of nitrogen into the mixture. The resulting reduction mixture is then passed down through a bed of crushed iron ore.

Die Reduktion des Eisenerzes (Fließbild) erfolgt ansatzweise in einem senkrechten zylindrischen Reaktor 14 a, der einen verflanschten Deckel 46 a hat und in dem sich das Bett48a vom zerkleinerten Erz befindet, das auf einer mit öffnungen versehenen Stützplatte 50 a ruht. Mit dem Deckel 46 a in Verbindung steht ein Gasmischer52a, dessen linksseitiges Ende 54 a mit der Leitung 45 a verbunden ist, um aus ihr einen Strom vorerhitzter Luft aufzunehmen. Die Leitung 24a für das reduzierende Gas ist bei 56a an der Wand des Mischers angeschlossen, um diesem einen ununterbrochenen Strom von vorerhitztein Reduktionsgas zuzuführen; die Teilverbrennung des reduzierenden Gases (wie oben angegeben) findet innerhalb des Mischers52a statt. Das entstandene Reduktionsgasgemisch strömt vom Mischer52a in den Reaktor14a abwärts durch das Bett48a hindurch, in dem es das Eisenerz zu Eisenschw reduziert, und durch ein Gasabfährungsrohr 58a nach außen.The reduction of the iron ore (flow diagram) takes place in a vertical cylindrical reactor 14 a, which has a flanged cover 46 a and in which the bed 48 a of the comminuted ore is located, which rests on a support plate 50 a provided with openings. A gas mixer 52a is connected to the cover 46 a , the left-hand end 54 a of which is connected to the line 45 a in order to receive a stream of preheated air from it. The reducing gas line 24a is connected to the wall of the mixer at 56a for supplying it with a continuous flow of preheated reducing gas; the partial combustion of the reducing gas (as indicated above) takes place within the mixer 52a. The resulting reducing gas mixture flows from the mixer 52a into the reactor 14a downwards through the bed 48a, in which it reduces the iron ore to iron tail, and through a gas discharge pipe 58a to the outside.

Die Reduktionseinheiten B und C gleichen derjenigen A, und mehrere Teile von ihnen sind mit denselben Nummern wie bei den entsprechenden Teilen von Einheit A, und zwar mit den Buchstaben »b« oder »c« aufgeführt, so daß sich der bezeichnete Teil entsprechend auf die Einheit B bzw. C bezieht. Unter Berücksichtigung des unteren linken Teiles der Zeichnung wird reduzierendes Gas, das weitgehend aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd zusammengesetzt ist und das wie beschrieben hergestellt werden kann, den verschiedenen Einheiten A, B und C durch eine Hauptgasleitung zugeführt, die mit den Speiserohren 22 a, 22 b und 22 c für Reduktionsgas der Einheiten A, B bzw. C in Verbindung steht. Diese Rohre 22 a, 22 b und 22 c sind mit Ventilen 60 a, 60 b bzw. 60 c für selektives Anschließen an die Hauptleitung 100, um jede der Einheiten A, B und C zu versorgen, und für die Regelung des Gasstromes zu ihnen versehen.The reduction units B and C are the same as those A, and several parts of them are listed with the same numbers as the corresponding parts of unit A, namely with the letters "b" or "c", so that the designated part corresponds to the Unit B or C relates. Taking into account the lower left part of the drawing, reducing gas, which is largely composed of hydrogen and carbon monoxide and which can be produced as described, is fed to the various units A, B and C through a main gas line connected to the feed pipes 22 a, 22 b and 22 c for reducing gas of units A, B and C , respectively. These pipes 22 a, 22 b and 22 c are provided with valves 60 a, 60 b and 60 c, respectively, for selective connection to the main line 100 to supply each of the units A, B and C , and for regulating the gas flow to them Mistake.

Es wurde festgestellt, daß, wenn man ein an reduzierenden Konstituenten relativ reiches Gas benutzt, das Gas, das die Reaktoren 14 a, 14 b und 14 c durch die Rohre 58 a, 58 b und 58 c nach einem Einzeldurchgang durch die Erzmassen verläßt, immer noch genügend Reduktionskraft enthält, so daß es für die Erzreduktion vorteilhaft wieder benutzt werden kann. Demzufolge gehört zum erfindungsgemäßen System die Maßnahme der Rückführung dieses teilweise gebrauchten Reduktionsgases. Der Einfachheit halber wird das eintretende Frischreduktionsgas als primäres Reduktionsgas und das die Reaktoren 14a, 14 b und 14 c nach deren Passieren in einem Einzelgang hindurch verlassende Gas im nachstehenden mit Sekundärgas bezeichnet.It has been found that if one uses a relatively rich in reducing constituents gas, the gas exiting the reactors 14 a, 14 b and 14 c through the pipes 58 a, 58 b and 58 c by a single passage through the ore bodies, still contains sufficient reducing power so that it can advantageously be used again for ore reduction. Accordingly, the system according to the invention includes the measure of recycling this partially used reducing gas. For simplicity, the fresh reducing gas entering the reduction as the primary gas and the reactors 14a, 14 b and 14 c after their passage in a single passage through the gas leaving the following with secondary gas respectively.

Die Rohre 58 a, 58 b und 58 c sind mittels der Ventile 62 a, 62 b bzw. 62 c mit einem Rohr 102 für Rückführung des Sekundärgases in den Kreislauf 102 selektiv anschließbar. Das primäre Gas enthält nach Streichen durch das Erzbett eine beträchtliche Menge an Wasserdampf, der bei der Reduktionsumsetzung nebenher entsteht. Man entfernt besser dieses Wasser aus dem Sekundärgas vor dessen Wiedergebrauch. Demgemäß wird das Sekundärgas durch das Gasrückführrohr 102 zu einer Abkühl-oder Abschreckungsvorrichtung 104 geleitet, dessen Spritzdüsen durch ein Rohr 108 mit Wasser versorgt werden. In der Kühlvorrichtung 104 streicht das Sekundärgas gegenläufig zum versprühten Wasser, wird dadurch abgekühlt und von Feuchtigkeit befreit. Das nun von Feuchtigkeit befreite Sekundärgas verläßt die Abkühlvorrichtung durch das Rohr 112 und das Sprühwasser diese durch das Rohr 110. Das Rohr 112 kann selektiv zu jedem der das reduzierende Gas zuführenden Rohre 22 a, 22 b und 22 c mittels der Ventile 64 a, 64 b und 64 c eingeschaltet werden. Gegebenenfalls kann das Sekundärgas durch Zumischen eines Anteiles vom Primärgas angereichert werden.The pipes 58 a, 58 b and 58 c can be selectively connected by means of the valves 62 a, 62 b and 62 c with a pipe 102 for returning the secondary gas to the circuit 102. After passing through the ore bed, the primary gas contains a considerable amount of water vapor, which is generated during the reduction reaction. It is better to remove this water from the secondary gas before it is used again. Accordingly, the secondary gas is passed through the gas return pipe 102 to a cooling or quenching device 104, the spray nozzles of which are supplied with water through a pipe 108. In the cooling device 104, the secondary gas sweeps in the opposite direction to the sprayed water, is thereby cooled and freed from moisture. The secondary gas now freed of moisture leaves the cooling device through the pipe 112 and the spray water leaves it through the pipe 110. The pipe 112 can be selectively connected to each of the pipes 22 a, 22 b and 22 c supplying the reducing gas by means of the valves 64 a, 64 b and 64 c are switched on. If necessary, the secondary gas can be enriched by adding a portion of the primary gas.

Hat das Sekundärgas ein zweitesmal das Erzbett durchstrichen, dann wird es aus dem System herausgenommen. Die Reaktor- (Zeichnung) Ablaßrohre 58 a, 58 b und 58 c sind selektiv mittels der Ventile 66a, 66b bzw. 66c einschaltbar zu einem Ausschußgassammelrohr 114, durch das dieses Ausschußgas aus dem System weggeführt wird. Natürlich hat das verworfene Gas noch einen bedeutenden Heizwert und kann als Brennmittel in einem Boiler oder für andere Heizzwecke verwendet werden.If the secondary gas has passed through the ore bed a second time, it is removed from the system. The reactor (drawing) outlet pipes 58 a, 58 b and 58 c can be selectively switched on by means of the valves 66a, 66b and 66c to a reject gas collecting pipe 114 through which this reject gas is led away from the system. Of course, the discarded gas still has a significant calorific value and can be used as fuel in a boiler or for other heating purposes.

Um noch genauer das Wesen der Erfindung darzustellen, wird ein einzelnes Beispiel der Betriebsweise eines Systems wie nach der Zeichnung beschrieben. Hier arbeiten die Einheiten A, B und C in einem 6stündigen Zyklus, in dem jede Einheit »auf Strom« gehalten wird, d.h. bei Strömen von reduzierendem Gas durch das Erzbett im Verlauf von 4 Stunden, und der Reaktor entladen und wieder beladen wird, während zwei weiteren Stunden. Während der 4-Stunden-Periode, in der jeder Reaktor im produktiven Arbeitsgange (»auf Strom.«) ist, erhält er 2 Stunden lang Sekundärgas und weitere 2 Stunden lang Primärgas. Es wird anfangs vorausgesetzt, daß Reaktor 14 a einen frischen Einsatz von Erz 48 a, daß Reaktor 14 b 2 Stunden im Arbeitsgang unter Zuführung von sekundärem Reduktionsgas war und daß die Reduktion des Erzes 48 c im Reaktor 14 c abgeschlossen ist, und er ist fertig zum Entladen. Das für die Beschickung der Reaktoren benutzte Erz hat zweckdienlich eine Teilchengröße von 6,350 bis 25,4 mm.In order to more fully illustrate the essence of the invention, a single example of the operation of a system as shown in the drawing will be described. Here units A, B and C operate on a 6 hour cycle in which each unit is "kept current", that is, with reducing gas flowing through the ore bed for 4 hours, and the reactor is unloaded and reloaded while two more hours. During the 4-hour period in which each reactor is in productive operation ("on electricity."), It receives secondary gas for 2 hours and primary gas for a further 2 hours. It is initially assumed that reactor 14 a has a fresh use of ore 48 a, that reactor 14 b has been in operation for 2 hours with the supply of secondary reducing gas and that the reduction of ore 48 c in reactor 14 c has been completed, and it is ready for unloading. The ore used to feed the reactors suitably has a particle size of 6.350 to 25.4 mm.

Unter den vorausgesetzten Bedingungen sind die Ventile 60 a und 62 a der Einheit A und die Ventile 64a und 66a von EinheitA offen. Sekundärgas strömt durch Rohr22a zum Vorerhitzer10a und dann durch dessen Schlange16a, in der es auf 871'C erhitzt wird. Das vorerhitzte Gas strömt durch Rohr24a zur Mischvorrichtung52a. Nun führt man atmosphärische Luft unter Druck durch Rohr 42 a dem Vorerhitzer 12 a zu, und diese strömt durch dessen Schlange32a, in der sie auf 871'C erhitzt wird, von dort durch Rohr 44a zum Mischer 52a. Die Strömungsverläufe von Gas und Luft werden bei solchen Werten gehalten, daß das volumetrische Verhältnis von Luft zu Gas zwischen 0,20: 1 und 0,25: 1 gehalten wird.Under the assumed conditions, the valves 60 a and 62 a of unit A and the valves 64 a and 66 a of unit A are open. Secondary gas flows through pipe 22a to preheater 10a and then through its coil 16a, in which it is heated to 871'C. The preheated gas flows through pipe 24a to mixer 52a. Atmospheric air is now fed under pressure through pipe 42a to preheater 12a, and this flows through its coil 32a, in which it is heated to 871 ° C. , from there through pipe 44a to mixer 52a. The flow profiles of gas and air are kept at such values that the volumetric ratio of air to gas is kept between 0.20: 1 and 0.25: 1 .

Im Mischer 52a werden das Gas und die Luft gründlich durchgemischt und ein Teil des Gases durch den Luftsauerstoff verbrannt, um die Temperatur des Gemisches auf 11481 C zu erhöhen. Das heiße Reduktionsgemisch streicht nach unten durch das Erzbett 48a und reduziert teilweise das Erz zu Eisenschwamm. Nach Verlassen des Erzbettes strömt das Gasgemisch durch das Rohr 58a zur Hauptleitung 114 für Ausschußgas. Dieses hat noch einen Heizwert von 31048 kcal/m3 und kann demzufolge noch als Heizgas verwendet werden.In the mixer 52a, the gas and the air are thoroughly mixed and part of the gas is burned by the oxygen in the air in order to raise the temperature of the mixture to 11481 ° C. The hot reduction mixture sweeps down through the ore bed 48a and partially reduces the ore to sponge iron. After leaving the ore bed, the gas mixture flows through the pipe 58a to the main line 114 for reject gas. This still has a calorific value of 31048 kcal / m3 and can therefore still be used as heating gas.

In der Einheit B sind die Ventile 60 b und 62 b geöffnet und die Ventile 64 b und 66 b verschlossen. Primärreduktionsgas fließt aus der Hauptleitung 100 durch Rohr 22b zum Vorerhitzer 10b. Das Primärgas hat annähernd folgende Zusammensetzung: 72 1/o Wasserstoff, 14 % Kohlenmonoxyd, 7 1/o Kohlendioxyd, 5 % Methan, 1 % Wasser und 1% Stickstoff . Das Prirnärgas strömt durch die Schlange 16 b vom Vorerhitzer 10 b und wird in ihr auf 8710 C erhitzt und kommt dann durch Rohr 24 b zum Mischer 52 b. Im Vorerhitzer 12 b wird atmosphärische Luft auf 8711 C vorerhitzt und strömt durch Rohr 44 b zum Mischer 52 b. Das volumetrische Verhältnis von Luft zum Primärreduktionsgas wird zwischen 0,20: 1 und 0,25: 1 gehalten. Im Mischer 52 b werden die Luft und das primäre Reduktionsgas vermischt und vom letzten ein Teil durch den Luftsauerstoff verbrannt, um ein Gasgemisch mit einer Temperatur von 1148' C zu erzeugen. Die annähernde Zusammensetzung dieses Gasgemisches ist folgende: 57% Wasserstoff, 18% Kohlenmonoxyd, 14% Stickstoff, 71/o Wasser, 2% Kohlendioxyd und 2% Methan. Natürlich werden der Kohlendioxyd- wie auch der Methangehalt des Gases durch die sich im Mischer abspielende Reaktion vermindert. Das Mischgas wird nach unten durch das Bett48b von Reaktor14b geleitet. Wie oben angegeben, befindet sich das Bett 48 b in einem teilreduzierten Zustand, da es zuvor 2 Stunden mit Sekundärgas behandelt wurde. Nach abgeschlossener 2stündiger Behandlung mit Primärgas, das, wie beschrieben durch Vermischung mit Luft modifiziert wurde, ist das Erzbett 48 b in einem Ausmaße von etwa 901/o zu Eisenschwamm reduziert.In the unit B, the valves 60 b and 62 b are open and the valves 64 b and 66 b are closed. Primary reducing gas flows from main line 100 through pipe 22b to preheater 10b. The primary gas has approximately the following composition: 72 1 / o hydrogen, 14% carbon monoxide, 7 1 / o carbon dioxide, 5 % methane, 1 % water and 1% nitrogen . The primary gas flows through the coil 16 b from the preheater 10 b and is heated in it to 8710 C and then comes through pipe 24 b to the mixer 52 b. In the preheater 12 b , atmospheric air is preheated to 8711 C and flows through pipe 44 b to mixer 52 b. The volumetric ratio of air to primary reducing gas is kept between 0.20: 1 and 0.25: 1 . In the mixer 52 b , the air and the primary reducing gas are mixed and a part of the latter is burned by the oxygen in the air in order to produce a gas mixture with a temperature of 1148 ° C. The approximate composition of this gas mixture is as follows: 57% hydrogen, 18% carbon monoxide, 14% nitrogen, 71% water, 2% carbon dioxide and 2% methane. Of course, the carbon dioxide and methane content of the gas are reduced by the reaction taking place in the mixer. The mixed gas is directed down through bed 48b of reactor 14b. As stated above, there is the bed 48 b in a partially reduced state, as it was previously for 2 hours with secondary gas. After completion of 2 hours of treatment with the primary gas which has been modified by mixing with air, as described, the ore bed is 48 b to an extent of about 901 / o is reduced to sponge iron.

Das primäre Reduktionsgasgemisch strömt aus Reaktor 14 b durch Rohr 58 b zum Gasrückführungsrohr 102 und von dort zur Kühlvorrichtung 104, in der es nach oben gegenläufig zu einem Wassersprühregen streicht. In der Kühlvorrichtung 104 wird die Temperatur des wieder in Umlauf geführten Gases auf etwa überAtmosphärentemperatur vermindert und ein wesentlicher Anteil seines Gehaltes an Wasser entfernt. Dann strömt das Gas aus der Kühlvorrichtung 104 zur Versorgungsleitung 112 für Sekundärgas. Die annähernde Zusammensetzung dieses Sekundärgases ist folgende: 50% Wasserstoff, 14% Kohlenmonoxyd, 1611/o Stickstoff, 121/o Kohlendioxyd, 1 % Methan und 7 % Wasser. Während Einheit A bei Sekundärgas und Einheit B bei Primärgas arbeitet, wie beschrieben, wird der Reaktor 14c von AnlageeinheitC entladen und wieder gefüllt. Natürlich sind während dieser Zeit die Einlaß- und Auslaßventile60c, 62c, 64c und 66c alle zu. Nach einem, in der oben beschriebenen Weise 2Stunden durchgeführten Arbeitsgang wird EinheitC »auf Strom« gestellt unter Benutzung eines Sekundärreduktionsgases als Reduktionsmittel, Einheit A zwar im Arbeitsgang Gelassen, aber unter einer Umänderung von Sekundärgas zu Primärgas als Reduktionsmittel, und Einheit B wird zwecks Entleerung und Wiederfüllen ihres Reaktors 14b außer Betrieb gesetzt.The primary reducing gas mixture flows from reactor 14b through pipe 58b to gas recirculation pipe 102 and from there to cooling device 104, in which it sweeps upward in the opposite direction to a spray of water. In the cooling device 104, the temperature of the recirculated gas is reduced to approximately above atmospheric temperature and a substantial portion of its water content is removed. The gas then flows from the cooling device 104 to the supply line 112 for secondary gas. The approximate composition of this secondary gas is as follows: 50% hydrogen, 14% carbon monoxide, 1611 / o nitrogen, 121 / o carbon dioxide, 1 % methane and 7 % water. While unit A works with secondary gas and unit B works with primary gas, as described, reactor 14c is unloaded from plant unit C and refilled. Of course, during this time the inlet and outlet valves 60c, 62c, 64c and 66c are all closed. After an operation carried out in the manner described above for 2 hours, unit C is switched to "current" using a secondary reducing gas as the reducing agent, unit A is left in the operation, but with a change from secondary gas to primary gas as reducing agent, and unit B is switched on for the purpose of emptying and Refilling their reactor 14b put out of service.

So gewinnt man unter Einhaltung der angegebenen Bedingungen nach dem Verfahren der Erfindung einen Eisenschwamm aus Eisenerzen. Das reduzierende Gas und Luft werden getrennt auf relativ hohe Temperaturen vorerhitzt und dann miteinander gemischt, so daß ein Teil des Reduktionsgases verbrennt und dadurch ein weiteres Ansteigen in Temperatur herbeigeführt wird, wie dies für eine wirkungsvolle Reduktion von Eisenerzen erwünscht ist. Man erzielt durch diese getrennte Vorerhitzung von Gas und Luft auf relativ hohe Temperaturen dieses weitere Ansteigen der Temperatur des Reduktionsgasgemisches bei minimalem Verlust an reduzierenden Komponenten infolge Oxydation durch Luftsauerstoff und unter geringster Einführung von Luftstickstoff in das Reduktionsgas. Darüber hinaus wird durch das Arbeiten bei einer relativ hohen Temperatur der Größenordnung von 1148'C das CO.-Co-Gleichgewicht so verschoben, daß der CO -Gehalt vom Gas verringert wird.In this way, a sponge iron is obtained from iron ores by the process of the invention while maintaining the specified conditions. The reducing gas and air are separately preheated to relatively high temperatures and then mixed together so that some of the reducing gas burns and thereby further increases in temperature, as is desirable for efficient reduction of iron ores. This separate preheating of gas and air to relatively high temperatures achieves this further increase in the temperature of the reducing gas mixture with minimal loss of reducing components due to oxidation by atmospheric oxygen and with minimal introduction of atmospheric nitrogen into the reducing gas. In addition, working at a relatively high temperature of the order of 1148 ° C shifts the CO.-Co equilibrium in such a way that the CO content of the gas is reduced.

Bei der beispielsweise angegebenen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können selbstverständlich zahlreiche Abänderungen hinsichtlich der Bestandteile, Anteilverhältnisse und Bedingungen ohne Verlassen des Erfindungsbereiches vorgenommen werden. So kann z. B. der Zustand der Unterteilung des Erzes weitgehend variieren und auch wahlweise ein aufbereitetes, angereichertes Erz benutzt werden. Enthält das Sekundärgas eine zu geringe Menge an reduzierenden Komponenten, dann kann es durch Zugabe von Primärgas angereichert werden. Die Ströme von Luft, Reduktionsgas, Heizgas und Wasser können mit bekannten selbsttätigen Regelvorrichtungen gesteuert werden. Auch können andere Typen von indirekten Heizvorrichtungen, wie z. B. Röhren- oder Rohrleitungserhitzer an Stelle der Schlangenerhitzer benutzt werden.When the method according to the invention is carried out, for example, numerous changes with regard to the constituents, proportions and conditions can of course be made without departing from the scope of the invention. So z. B. the condition of the subdivision of the ore vary widely and optionally a processed, enriched ore can be used. If the secondary gas contains an insufficient amount of reducing components, it can be enriched by adding primary gas. The flows of air, reducing gas, heating gas and water can be controlled with known automatic control devices. Other types of indirect heating devices, such as e.g. B. tube or pipe heaters can be used in place of the coil heater.

Claims

Patent claims: 1. Process for the reduction of iron ore, in which the ore is fed in lump form to a reactor for the purpose of forming a fixed bed in it and a pre-formed reducing gas, which is largely composed of carbon monoxide and hydrogen, is passed through the fixed bed to reduce the ore to sponge iron conducts, characterized in that the pre-formed reducing gas is preheated to a temperature of 704 to 9541C, the heated stream of reducing gas and the heated stream of air continuously in a combustion chamber kept at a substantial distance from the ore bed in proportions of 0.1 to 0.25 Mixing parts by volume of air per part of reducing gas to cause the burning of a portion of the reducing gas to raise the temperature of the mixture to 982 to 1232 ° C, and that the resulting gas mixture is fed to the ore bed and passed through it.

2. The method according to claim 1, characterized in that both the flow of the reducing gas and that of the air are heated to a temperature of 8711 C. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a part of the reducing gas is burned to obtain a gas mixture having a temperature of 11481 C. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the streams of reducing gas and air are heated by passing each stream separately through a heated tubular heater. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the gas mixture is passed from top to bottom through the ore bed. Considered publications: German Patent Specifications No. 554 085, 678 326, 849 710; German Auslegeschrift No. 1019 646; Patent No. 3000 of the Office for Invention and Patents in East Berlin; U.S. Patent No. 2,562,813.