DE1433345A1 - Process for the reduction of iron ore and the like - Google Patents

Process for the reduction of iron ore and the like

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DE1433345A1 DE19641433345 DE1433345A DE1433345A1 DE 1433345 A1 DE1433345 A1 DE 1433345A1 DE 19641433345 DE19641433345 DE 19641433345 DE 1433345 A DE1433345 A DE 1433345A DE 1433345 A1 DE1433345 A1 DE 1433345A1
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Description

Magoichi .öutakuchiMagoichi .öutakuchi

in
Tokio(Japan)in
Tokyo (Japan)

Verfahren zur Reduktion von Eisenerz und ähnlichem.Process for reducing iron ore and the like.

.Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisen aus Eisenerz oder eisenhaltigem oand durch Reduktion unter Verwendung von .Naturgas oder methanreichem tjJrdölspaltgas als Ausgangsstoff für das Reduktionsmittel;insbesondere betrifft die Erfindung ein direktes Reduktionsverfahren,bei dem zur Verbesserung der gewünschten Eisenausbeute Katalysatoren verwendet werden..The invention relates to a method for the production of Iron from iron ore or iron-containing oand through reduction using natural gas or methane-rich petroleum cracked gas as a starting material for the reducing agent; in particular The invention relates to a direct reduction process in which to improve the desired iron yield Catalysts are used.

In der Eisen- und Stahlindustrie wurde bereits eine umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeit geleistet,um bessere Arbeitsmittel zu finden, die mit aen immer höher werdenden Ofenleistungen Schriet halten, und um die vielen Probleme zu lösen, die beim Betrieb von Bochöfen auftreten. Es wurde bereits vorgeschlagen, Kohlenmonoxyd und Wasserstoff, die als Abgas, beispielsweise im Hochofenbetrieb, anfallen, zur Reduktion von Eisenerz zu verwenden.Dieses Verfahren hat sich aber als unwirtschaftlich erwiesen,weil es einerseits sehr schwierig ist, diese Abgase in Konlen-In the iron and steel industry, an extensive Research and development work done to to find better work equipment that keeps pace with the ever-increasing furnace performance, and the many To solve problems that arise in the operation of Bochöfen. It has already been suggested that carbon monoxide and hydrogen, used as waste gas, for example in blast furnace operation, to reduce iron ore The process has proven to be uneconomical because on the one hand it is very difficult to

onoanqjnui BAD ORIGINALonoanqjnui BAD ORIGINAL

monoxyd und wasserstoff umzuwandeln, und «eil andererseits ?iregen des Zusammensinterns der üisenerzteilchen im Ofen das Produkt nur schwer aus dem Ofen entfernt werden kann»to convert monoxide and hydrogen, and on the other hand Because of the iron ore particles sintering together in the furnace the product is difficult to remove from the oven »

Die ürfindung hat sich deshalb ein neues und verbessertes Verfahren zur Reduktion von Eisenerz oder tDiseiisand mit hoher //irtschaftlichkeit zum Ziel gesetzt ,bei dem mit Hilfe eines Katalysators die eingangs geschilderten 3chwierigkeiten ausgeschaltet werden..The finding has therefore become a new and improved one Process for the reduction of iron ore or tDiseiisand set the goal with high // economic efficiency in which with With the help of a catalytic converter, the difficulties described at the beginning turned off..

Insbesondere betrifft die :iirf indung die Anwendung 3 ines Katalysators, bestehend aus Bauxit, gebranntem Kalk, Batriunibicarbonat und gegebenenfalls Guoeisensplittern, zur Umwandlung von Methan, wodurch eine "Reduktion von Eisenerz in einem .PiLeibett erzielt v.-ird.In particular, the finding concerns the application 3 ines Catalyst, consisting of bauxite, quick lime, batriunibicarbonate and possibly guo iron fragments, to convert methane, thereby causing a "reduction of Iron ore in a .PiLeibett achieved v.-ird.

Zum besseren 'Verständnis der -.Jrf indun*..·: und ihrer weiteren Ziele sei auf die nachstehende Beschreibung verwiesen, in der eine bevorzugte .imsführungsform beschrieben ist; der Umfang der Erfindung soll jedoch durch die Ansprüche abgesteckt aöin«For a better understanding of the -.Jrf indun * .. ·: and their further Objectives, reference is made to the following description, in which a preferred .imsführungform is described; however, the scope of the invention is intended to be indicated by the claims staked aöin "

Gewöhnlich wurden als Ausgangsstoffe für das lJ.ed'j.:-:tionsmittel Naturgas oder .-Zrdöl Spaltgase, die normaler?; ei se etwa 40 /o '.Vasserstof f, 20 /o Aiethan und 40 ji> Kohlenmonoxyd enthielten, verwendet»Gase mit dieser Zusammensetzung wurden bei Temperaturen von mehr als /I 000 0G etwa 3-5 Stunden in Gegenwart von Höh- oder G-ubeisensplit-cern- be-Usually, as starting materials for the l J .ed'j: -. Tion medium natural gas or cracked gases, the normal ?;-Zrdöl. ei se about 40 / o '.Vasserstof f, 20 / o Aiethan and contained 40 ji> carbon monoxide, used "gas with this composition were stored at temperatures of more than / I 000 0 G about 3-5 hours in the presence of Höh- or G-ubeisensplit-core- loading

80 9808/035 180 9808/035 1

handelt. Unter oiesen verschärften Heaktionsbedihgungen traten oft eine Neigung zum Sintern im Ofen und andere unangenehme .Probleme im Betrieb auf.acts. Under these stricter conditions often occurred a tendency to sinter in the furnace and others unpleasant problems during operation.

^«rfindungsgemäti wird jedoch die iüisenerzbe Schickung nach dem Brennen in einen gewöhnlichen Reduktionsofen eingetragen, in dem ein Katalysator aus Bauxit, gebranntem Kalk und Natriumbicarbonat mit einer reduzierenden Gasatmosphäre in Berührung gebracht wird. Der Katalysator wirkt auf das reduzierende Gasgemisch ein, so dart das darin enthaltene Methan in Wasserstoff und Kohlenoxyd umgewandelt wird, die dann zur Reduktion der .Eisenerzbeschickung dienen.Als Katalysatorbestandteile werden vorzugsweise 3 - 5 % Bauxit, 1 - 3 /o gebrannter Kalk und 0,5 - 1 Io Natriumbicarbonat, bezogen auf die Gesamtmenge jüisenerz, zugesetzt. Der Katalysator ist in der Lage, schon bei 600 C das .Reduktionsmittel in das gewünschte wasserstoff-Kohlenmonoxydgemisch i*b er zuführen,,According to the invention, however, the iron ore batch after firing is placed in an ordinary reduction furnace in which a catalyst made from bauxite, quick lime and sodium bicarbonate is brought into contact with a reducing gas atmosphere. The catalyst acts on the reducing gas mixture, so that the methane contained in it is converted into hydrogen and carbon oxide, which are then used to reduce the iron ore charge. The catalyst components are preferably 3 - 5% bauxite, 1 - 3 / o quicklime and 0 , 5 - 1 Io sodium bicarbonate, based on the total amount of jüisenerz, added. The catalyst is able to feed the reducing agent into the desired hydrogen-carbon monoxide mixture at 600 ° C.

Bisher wurden zur Umwandlung von Naturgas und ähnlichen gesättigten Kohlenwasserstoffen Roh- oder Gußeisenteilchen als Katalysator verwendet. Dieser Katalysator, ist jedoch völlig unwirksam, um Methan in ein für die Reduktion von .ölisenerz geeignetes Produkt überzuführen. Dies wurde anhand von Versuchen über das endgültige katalytische Verhalten im Vergleich mit dem Katalysator gemäß der Erfindung festgestellt; die Versuchsergebnisse sind im nachstehenden angegeben. So far have been used to convert natural gas and the like saturated Hydrocarbons raw or cast iron particles used as a catalyst. This catalyst, however, is completely ineffective to convert methane into a product suitable for the reduction of oil iron ore. This was based on found from tests on the final catalytic behavior in comparison with the catalyst according to the invention; the test results are given below.

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Es wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt, wobei in einem typischen Beispiel Roheisensplitter in einer Menge von 10 %, bezogen auf die* gesamte .iüisenerzbeschickung,in einer aus Naturgas bestehenden, reduzierenden Atmosphäre mit einer Temperatur von etwa 85O°C zugegeben wurden. Die Wasserstoffausbeute betrug im Höchstfall 50 % , d.h„ der Reduktionsgrad betrug nur etwa 50 %. Bei einem anderen Versuch, bei dem 5 % Bauxit, 1,5 % gebrannter Kalk und 1 % Batriumbicarbonat anstelle der fioheisensplitter verwendet wurden, war die Wasserstoffausbeute bedeutend höher als bei dem Versuch mit Roheisensplittern, und das Eisenerz wurde zu 95 % reduziert.A number of tests were carried out, in a typical example pig iron chips being added in an amount of 10%, based on the total iron ore charge, in a reducing atmosphere consisting of natural gas at a temperature of about 850 ° C. The hydrogen yield was at most 50%, ie “the degree of reduction was only about 50%. In another experiment using 5 % bauxite, 1.5% quick lime and 1% sodium bicarbonate in place of the cast iron chips, the hydrogen yield was significantly higher than the pig iron chip experiment and the iron ore was reduced by 95%.

Die Überlegenheit des neuen Katalysators hinsichtlich seiner katalytischen Wirksamkeit bei der Eisenreduktion ergibt sich aus den nachstehenden Beispielen.The superiority of the new catalyst in terms of its catalytic effectiveness in iron reduction results from the examples below.

Beispiel IExample I.

Zusammensetzung der Eisenerzbeschickung vor dem Brennen (%)Composition of iron ore charge before burning (%)

Fe (insges.)Fe (total) 55,0255.02 FeOFeO 25,6525.65 Fe2O,Fe 2 O, 52,59 -52.59 - TiO2 TiO 2 9,469.46 SiO2 SiO 2 6,506.50 Al2O,Al 2 O, 5,185.18 CaOCaO 0,740.74 MgOMgO 5,105.10

8 0 9 8 0 8/03 R18 0 9 8 0 8/03 R1

Zusammensetzung der Eisenerzbeschickung nach.dem Brennen (%):Composition of iron ore charge after burning (%):

J?e (inssjes.)J? E (inssjes.) 55,3055.30 FeOFeO 20,4020.40 Ee2O3 Ee 2 O 3 56,3956.39 TiO2 TiO 2 10,2410.24 SiO2 SiO 2 6,026.02 Al2O3 Al 2 O 3 3,143.14 CaOCaO 0,770.77 MgOMgO 2,682.68

Zusammensetzung des Naturgases (%): Composition of the natural gas (%):

OH4 OH 4 91,591.5 co2 co 2 5,35.3 O2 O 2 11 AndereOther 2,22.2 Heizwertcalorific value 8 300 Kcal/nr*8 300 Kcal / nr *

Ein Gemisch aus Bauxit, gebranntem Kalk und Matriunibicarbonat in Mengen von 3, 1,5 ,bzw. 1 /o, bezogen auf die Gesamtbeschickung an gebrannten Eisenerzteilchen, die durch Sieböffnungen von etwa 0,1 mm (150 mesh) hindurchgingen, wurde in Gegenwart von .Naturgas mit der vorstehend angegebenen Zusammensetzung in einen Reduktionsofen bekannter Bauart eingetragen. Die Umsetzung wurde noch etwa 4,5 Stunden bei ungefähr 8500C durchgeführt. Der Reduktionsgrad betrug 98,2 >ό, und der als Produkt anfallende Eisenschwamm'hatte die nachstehende Zusammensetzung:A mixture of bauxite, quick lime and matriunibicarbonate in amounts of 3, 1.5, or. 1 / o, based on the total charge of calcined iron ore particles which passed through sieve openings of about 0.1 mm (150 mesh), was introduced into a reduction furnace of a known type in the presence of natural gas having the composition given above. The reaction was carried out for about 4.5 hours at about 850 0 C. The degree of reduction was 98.2> ό, and the sponge iron obtained as a product had the following composition:

809808/0351809808/0351

Zusammensetzung des iöisenschwammes (70):Composition of the iron sponge (70):

Fe (inages.) ?2,'/0 Fe (inages.)? 2, '/ 0

Ji'e (als Me.tall) 62,60Ji'e (as Me.tall) 62.60

tfeOtfeO 12,9912.99 TiO2 TiO 2 9,569.56 SiO2 SiO 2 5,345.34 U2O5 U 2 O 5 5,585.58 ierunre inigungenierunre inungen 5,935.93

Beispiel IIExample II

rüin Gemisch aus Bauxit ,gebranntem Kalk, Natriumbicarbonat und Roheisensrlittern in Mengen von 5 , 3 , 0,5 ,bzw. 3 Jr bezogen auf die GresamtbeschicKung an a;ebra;mten .:iisenerzteilchen, die durch .jiebörinungen von etwa 0,1 mm (150 mesh) hindurchgingen, wurde in (jegenv/art von !Naturgas .nit der vorstehend angegebenen Zunam-'nensetzung in einen Äeduktionsofen bekannter Bauart eingetragen. Die Umsetzunpj v/urde noch etwa 4,9 Stunden bei ungefähr 900 G durchgeführt. Der rieduktions.grad betrug etwa 95,3 %, und der als Endprodukt anfallende Eiscnschwampi hatte praktisch die gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel I.rüin mixture of bauxite, quick lime, sodium bicarbonate and pig iron in quantities of 5, 3, 0.5, or. 3 J r based on the total charge to a; ebra; mten.: Iron ore particles which passed through .jiebörinungen of about 0.1 mm (150 mesh), were in (any / type of! Natural gas .not with the name given above) The conversion was carried out for about 4.9 hours at about 900 G. The degree of reduction was about 95.3%, and the ice cream obtained as the end product had practically the same composition as in the example I.

BADBATH

809808/0 35809808/0 35

Beispiel IIIExample III

Jüin Gemisch aus Bauxit, gebranntem Kalk und Natriurabi carb onat in i/k-, ng en von 3 , 1 ,bzw. 0,8 %, bezogen auf die Gesamtbeschickung an gebrannten üisenerzteilchen, die durch öieböf-1'nungen von etwa 0,1 mm (150 mesh) hindurchgingen, wurde in Gegenwart von Maturgas mit der vorstehend angegebenen Zusammensetzung in einen Reduktionsofen bekannter Bauart eingetragen. Die Umsetzung wurde noch etwa 4,5 Stunden bei ungefähr 8500C durchgeführt. Der Reduktionsgrad betrug etwa 9&,7 %, und der als iündprodukt anfallende Qlisenschwamm hatte praktisch die gleiche Zusammensetzung wie in BeispielJüin mixture of bauxite, quick lime and Natriurabi carb onate in i / k-, ng s of 3, 1, or. 0.8%, based on the total charge of burnt iron ore particles which passed through oil openings of about 0.1 mm (150 mesh), was introduced into a reduction furnace of a known type in the presence of maturing gas with the composition given above. The reaction was carried out for about 4.5 hours at about 850 0 C. The degree of reduction was about 9.7%, and the lint produced as a lint product had practically the same composition as in Example

Aus den vorstehend angegebenen Beispielen ergibt sich,daß das Satriumbicarbonat, das als einer der Katalysatorbestandteile verwendet wird, die Zersetzung des Naturgases weitgehend fördert und dadurch die Bisenausbeute bei der Reduktion erhöht.From the examples given above it can be seen that the sodium bicarbonate, which is used as one of the catalyst components is used, the decomposition of the natural gas largely promotes and thereby the Bisen yield in the reduction elevated.

Die Erfindung, wie sie hier beschrieben ist, soll selbstverständlich auch alle Varianten und Abänderungen der hier nur zur Erläuterung ausgewählten Beispiele umfassen, soweit jene nicht den Gedanken und den Umfang der Erfindung überschreiten.The invention as described herein is intended to be understood also include all variants and modifications of the examples selected here for illustration purposes only, insofar as they are do not exceed the spirit and scope of the invention.

-Patentanspräche--Patent appeals-

809808/0351809808/0351

Claims (5)

Pat entansprüciiePatent claims 1y/. Verfahren zur Reduktion von Eisenerz, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch aus Bauxit, gebranntem Kalk, latriumbicarbonat und gegebenenfalls Roheisensplittern gebrannten Sisenerzteilchen beimischt und mit Methan oder einem methanhaltigen Gas umsetzt, und die Bisenerzteilchen mit dem aus dem Methan gebildeten Wasserstoff und Kohlenmonoxyd reduziert.1y /. Process for the reduction of iron ore, characterized in that that a mixture of bauxite, quick lime, latrium bicarbonate and, if necessary, pig iron chips burnt iron ore and reacted with methane or a methane-containing gas, and the Iron ore particles are reduced with the hydrogen and carbon monoxide formed from the methane. 2. Vorfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß man die umsetzung bei 800 - 9000C in einem Zeitraum von etwa 4- Stunden durchführt.2. Process according to claim 1, characterized in that the reaction is carried out at 800-900 ° C. over a period of about 4 hours. ο Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Eisenerz etwa 3 - 5 % Bauxit, 1 - 3 % gebrannten Kalk und 0,5 - 1 ·>0 % Hatriumbicarbonat zusetzt«,ο Process according to claims 1 and 2, characterized in that about 3 - 5% bauxite, 1 - 3% quicklime and 0.5 - 1 · 0% sodium bicarbonate are added to the iron ore «, 4-O Katalysatormasse zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Bauxit, gebrannten Kalk und Natriumbicarbonat enthält.4-O catalyst mass for carrying out the process according to Claims 1-3, characterized in that it contains bauxite, quick lime and sodium bicarbonate. V,V, 5. Katalysatormasse nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich Roheisensplitter enthält. " ."5. catalyst composition according to claim 4, characterized in that that it also contains chips of pig iron. "." ο η Q R η « j ηο η Q R η «j η
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