DE1433376B2

DE1433376B2 - Verfahren und Anlage zur Gewinnung von flüssigem Eisen durch Reduktion von Eisenoxyderz

Info

Publication number: DE1433376B2
Application number: DE19621433376
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr. Linz Rinesch (Österreich)
Original assignee: Vereinigte österreichische Eisen- und Stahlwerke AG, Linz (Österreich)
Priority date: 1961-08-02
Filing date: 1962-07-25
Publication date: 1970-10-08
Also published as: AT232020B; DE1433376A1; US3163521A; GB1007376A

Description

I 2

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur übermäßig große Mengen von Brennstoff und Sauer-

Gewinnung von flüssigem Eisen durch Umsetzung von stoff verbraucht werden müssen, um die thermischen

Eisenoxyd mit einem reduzierenden Gas in einer Re- Bedingungen für den Schmelz- und Reduktionsprozeß

duktionszone und anschließendem Schmelzen des zu erreichen. Die chemische Ausnutzung der zuge-

Reduktionsproduktes in einer mit einer zusätzlichen 5 führten Kohle als Reduktionsmittel ist daher gering,

Heizung versehenen kombinierten Gaserzeugungs- und und die Belastung durch die Abgasmengen sehr groß.

Schmelzanlage, aus der das erzeugte Gas direkt der Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man auch vor-

Reduktionszone zugeführt, während das Reduktions- geschlagen, in der Schmelz- und Gaserzeugungszone

produkt unmittelbar aus der Reduktionszone in die ein Gas mit oxydierenden Eigenschaften zu erzeugen,

kombinierte Gaserzeugungs- und Schmelzzone über- io welches in einer anschließenden Umwandlungszone

geführt wird. durch Zusatz berechneter Mengen von Kohle und

Zur Gewinnung von flüssigem Eisen durch direkte Sauerstoff aufgewertet und in den Eigenschaften reReduktion von Eisenoxyd sind schon verschiedene duzierend gemacht wird, worauf es in einer an-Verfahren vorgeschlagen worden, mit dem Ziel, den schließenden Reduktionszone im Gegenstrom mit üblichen Hochofenprozeß zu ersetzen. Der Hochofen- *5 Erz reagiert. Meist ist es auch notwendig, dem Erz prozeß, der bisher immer noch als wirtschaftlichste Kohle beizumengen, um durchführbare Voraussetzun-Methode zur Gewinnung von flüssigem Eisen an- gen für eine Reduktion zu schaffen, und die Zusammengesehen wird, hat verschiedene schwerwiegende Nach- Setzung des Gases muß in allen Verfahrensstufen teile, die besonders in jüngster Zeit mehr und mehr zur genau eingestellt und überprüft werden. Die zwischen-Geltung kommen: 20 geschaltete Umwandlungszone erfordert außerdem

In den wirtschaftlich hochentwickelten Ländern, eine Reinigung des Gases durch Wäscher, wobei eine in denen die metallurgischen Zentren konzentriert sind, Abkühlung vor der Reinigung und nochmalige Aufmacht sich der Mangel an Kokskohle empfindlich be- heizung vor der Reduktion die Wärmebilanz ver- ₍ merkbar. Gute Kokskohle, die beim Verkoken einen schlechtert.

metallurgischen Koks mit genügender Festigkeit 25 Schließlich ist ein Verfahren zur Gewinnung von ausliefert, um dem Druck der Hochofenbeschickung sigem Eisen aus Erzen bekannt, wobei die Erze in einem standzuhalten, ist selten geworden, und die Ausgaben Drehrohrofen durch Kohlenmonoxyd zu schwammifür den Koks stellen in wirtschaftlicher Hinsicht die gem Eisen reduziert werden und das reduzierte Erz Hauptbelastung für den Hochofenprozeß dar. in einen Schachtofen übergeführt und dort mittels

Entwicklungsländer, die beginnen, sich zu industri- 30 Brennstoffes unter Vergasung desselben geschmolzen alisieren und mit reichen Erzlagerstätten eine Eisen- wird. Hierbei wird das durch die Vergasung des Brennindustrie aufbauen wollen, suchen ebenfalls einen stoffes gebildete Kohlenmonoxyd mindestens teilweise Ersatz für den wirtschaftlich mit außerordentlich in den Drehrohrofen übergeführt und dient dort zur hohen Anlagekosten belasteten Hochofenprozeß, zu- Reduktion des Erzes. Unterhalb des mit einem Abmal auch dort das Koksproblem das am schwersten 35 stich versehenen Gestells des Schachtofens befindet zu überwindende Hindernis darstellt. sich eine von heißem Gas durchströmte Heizkammer. j

Ein weiterer Nachteil des Hochofenprozesses besteht Diese Heizkammer kann jedoch nicht eine zum j

darin, daß kein feinteiliges Erz verwendet werden kann, Schmelzen des reduzierten Erzes im Gestell aus- j

weil dieses dem Druck der Hochofenbeschickung nicht reichende Wärme liefern. Eine Regelungsmöglichkeit j

standhält. Es muß vorher gesintert und verfestigt 40 für die Zusammensetzung des Reduktionsgases ist bei

werden, was zusätzliche Aufwendungen an Zeit und diesem Verfahren nicht gegeben. Außerdem stellt der

Arbeit erfordert. Schließlich ist zu bemerken, daß das Stickstoff der für die Vergasung des Brennstoffes ver-

im Hochofenprozeß gewonnene Roheisen noch einem wendeten Luft einen unzweckmäßigen Ballast in der

weiteren Verarbeitungsverfahren zu Stahl unterworfen Wärmebilanz des Verfahrens dar.

werden muß, um es technisch verwenden zu können. 45 Die vorliegende Erfindung bezweckt die Vermeidung ^{

Ein bekanntes, den Hochofenprozeß ersetzendes der geschilderten Schwierigkeiten und Nachteile. Im Verfahren, mittels dessen flüssiges Eisen unmittelbar besonderen ist es ein Ziel der Erfindung, ein einfaches aus dem Erz ohne das Roheisenstadium hergestellt Verfahren zu schaffen, das eine weitgehende Regewerden kann, ist das sogenannte Zyklon-Verfahren, lungsmöglichkeit für die Zusammensetzung des Gases bei dem pulverförmiges Erz in Spezialkammern mit 50 und damit für den Ablauf der metallurgischen Reheißen Gasen auf eine hohe Temperatur aufgeheizt aktionen erlaubt.

und dann in einem Reaktor mit wassergekühlten Wän- Erfindungsgemäß sollen darüber hinaus einfache

den und Boden gelangt. Durch andere Öffnungen Anlagen zur Durchführung des Verfahrens geschaffen

werden dem Reaktor staubf örmige Kohle und Sauer- werden, die eine kontinuierliche und diskontinuierliche

stoff zugeführt. Durch Regelung der Verbrennung des 55 Arbeitsweise ermöglichen und die Anlagekosten in

Brennstoffes kann man durch einen Überschuß an bescheidenen Grenzen halten.

Reduktionsgas hohe Temperaturen erhalten, wodurch Die Erfindung besteht bei einem Verfahren der die in den Reaktor gelangenden Teilchen reduziert, eingangs bezeichneten Art in der gemeinsamen Vergeschmolzen und durch die Wirkung der Zentrifugal- Wendung von kohlenstoff- und wasserstoff haltigem kraft von Schlacke und Gangart getrennt werden. 60 Brennstoff, von im wesentlichen reinem Sauerstoff

Es wurde ferner ein Verfahren vorgeschlagen, bei zu dessen unvollständiger Verbrennung und von welchem in einer kombinierten Schmelz- und Gas- elektrischer Energie als zusätzliche Heizung zum erzeugungszone durch Verbrennung von Brennstoffen Schmelzen des Reduktionsproduktes,
mit Luft oder Sauerstoff ein reduzierendes Gas her- Für das erfindungsgemäße Verfahren kann naturgestellt wird, das in einer anschließenden Reduktions- 65 feuchter Brennstoff verwendet werden,
zone im Gegenstrom zu absinkenden Erzteilchen ge- Vorzugsweise wird in der Gaserzeugungszone ein !eitet wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß in Gemisch aus CO und H₂ im Verhältnis von 75 bis der kombinierten Schmelz- und Gaserzeugungszone 85% CO und 25 bis 15 °/o H₂ erzeugt, wobei die Tem-

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peratur dieses Gasgemisches durch die zusätzliche tieferen als auch bei höheren Temperaturen annähernd

Heizung auf etwa 1650⁰C gebracht wird. gleich ist.

Erfindungsgemäß kann durch Regelung der Menge Um den H₂-Gehalt von 11% auf 17 bis 20% zu

des zugeführten Brennstoffes der Kohlenstoffgehalt erhöhen, bedarf es einer zusätzlichen Wasser- bzw.

im Schmelzpunkt wahlweise eingestellt werden. 5 Wasserdampf menge, womit jedoch ein unerwünschter

Vorteilhaft wird bei diskontinuierlicher Durch- Wärmeabfall verbunden wäre. Dieser wird erfindungs-

führung des Verfahrens jeweils nach einer Reduktions- gemäß durch zusätzliche elektrische Heizung ausge-

phase die Zufuhr von Brennstoff und Reduktions- glichen, so daß man wieder Temperaturen von

produkt zur Schmelzzone unterbrochen und dann rund 165O⁰C erhält.

durch Erzeugen eines oxydierenden Gases in der io An Stelle von Wasserdampf kann auch Methan

Gaserzeugungs- und Schmelzzone, vorzugsweise durch in die Brennzone eingeführt werden, wobei Methan

Aufblasen von reinem Sauerstoff, das geschmolzene mit eventuell bei der Verbrennung entstandenem CO₂

Produkt gefrischt. nach der Gleichung

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet in der

ersten Stufe auf die Erzeugung von Kohlenmonoxyd 15 CH₄ + CO₂ 5=t 2 CO + 2 H₂
hin, was bekanntlich durch unvollständige Verbrennung des im Brennstoff vorhandenen Kohlen- wieder unter Bildung eines Gemisches von CO, H₂, stoffes bewerkstelligt werden kann. Bei der Ver- CH₄ und CO₂ reagiert.

brennung von Kohlenstoff mit reinem Sauerstoff zu Wie oben erwähnt wurde, ist es ein wesentliches CO entstehen in der Brennzone Temperaturen von 20 Merkmal der vorliegenden Erfindung, die Schmelzetwä 2700⁰C. Zur Erzeugung von 1000 kg Eisen (Fe) und Gaserzeugungsanlage durch eine zusätzliche aus Fe₂O₃ benötigt man bei 1200⁰C 1818 Nm³ CO, Heizung, d. h. also ohne unnötigen direkten Brennr^T\ wobei sich bei dieser Temperatur 67 % CO mit 33 % stoffverbrauch und dementsprechend ohne die Er- ~ J'' CO₂ im Gleichgewicht befinden. Bei 300⁰C befinden zeugung von übermäßigen Gasmengen, auf Schmelzsich 19,45 % CO mit 80,55 % CO₂ im Gleichgewicht. 25 tempeartur zu bringen. Bevorzugt wird eine Licht-Daraus ergibt sich, daß die in der Brennzone erreichte bogenheizung mit Soderberg- oder Graphitelektroden, Temperatur von 2700⁰C zu hoch ist, um optimale die von oben in eine geschlossene Schmelzkammer Bedingungen in der Reduktionszone zu gewährleisten, ragen. Die Anlage zur Durchführung des erfindungs- und diese Temperatur wird zweckmäßig herabgesetzt, gemäßen Verfahrens, bestehend aus einem geschlosseindem Wasser oder Wasserdampf in die Brennzone 30 nen, mit einer feuerfesten Auskleidung versehenen eingeführt wird. Um die Verbrennungstemperatur von Gefäß mit einer oder mehreren durch die Decke des rund 2700 auf etwa 165O⁰C herabzusetzen, werden Gefäßes ragenden Soderberg- oder Graphitelektroden erfindungsgemäß 20 bis 25 Volumprozent Wasser- zur Erzeugung eines elektrischen Lichtbogens, einer dampf (bezogen auf die bei der Verbrennung von Anzahl von mit Einfallöffnungen des Gefäßes gasdicht Kohlenstoff mit reinem Sauerstoff entstehende CO- 35 verbundenen Einführungsschächten für das reduzierte Menge — 970 Nm³/1000 kg Fe = 100 %) in die Material und einer der Anzahl der Einführungs-Brennzone eingeführt. Die genannte CO-Menge reicht schächte entsprechenden Anzahl von mit einer feueraus, um im Temperaturbereich von 1200 bis zu 300⁰C festen Auskleidung versehenen Reduktionstürmen, ist (Ende der Reduktionszone) insgesamt 1000 kg Fe zu dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere reduzieren. Der thermische Zerfall des zugeführten 4° Elektroden durchbohrt sind und durch die Bohrung Wasserdampfes verläuft in Gegenwart von Kohle nach eine heb- und senkbare Zuführungseinrichtung, der Gleichung H₂O + C^ CO + H₂ endotherm, bestehend aus zwei oder mehreren konzentrischen wobei sich ein Gemisch von Wasserdampf, CO und H₂ Rohren zur Zufuhr von Brennstoff, sauerstoffhaltigem .,;-., bildet. Dieses Gleichgewicht verschiebt sich mit Gas und Wasserdampf eingesetzt ist. Es ist jedoch t J steigender Temperatur nahezu vollständig auf die 45 auch möglich, mit einer Bodenelektrode und einer rechte Seite. Der H₂-Gehalt beträgt dann in diesem von oben eingeführten Elektrode zu arbeiten.
Reduktionsgas 10 bis 11%. Die Art des kohlenstoffhaltigen Materials, die Die Reduktion von Fe₂O₃ mit reinem H₂ verläuft zur Erzeugung des Reduktionsgases verwendet wird, beiTemperaturenbiszull50°Cendothermunddarüber ist beliebig wählbar. Es können neben hochwertigen leicht exotherm, während die Reduktion mit reinem 50 Kokskohlen auch minderwertige Kohlesorten, Öl, CO bei allen in Frage kommenden Temperaturen Kohlenwasserstoffgase oder Mischungen davon verexotherm verläuft. Bei Temperaturen von 300⁰C am wendet werden. Man kann vorteilhaft feuchte Brenn-Ende der Reduktionszone ist der zugeführte Brenn- stoffe verwenden, wobei das enthaltene Wasser nach stoff bis auf einen Rest von etwa 20 % CO vollständig den früher angegebenen Reaktionen thermisch zersetzt als chemisches Reduktionsmittel ausgenutzt. Bei 55 wird. Der im Brennstoff enthaltene Feuchtigkeitsgehalt niedrigen Temperaturen liegt das CO als metastabiler wird bei der Bemessung des zusätzlichen Wassers Stoff vor und ist vollkommen beständig. Da endo- bzw. Wasserdampfes berücksichtigt. Als Sauerstoff therme Reaktionen bei höherer Temperatur günstiger lieferndes Gas wird reiner Sauerstoff oder sauerstoffals bei tieferer Temperatur verlaufen (bei exothermen angereicherte Luft bevorzugt, damit der Stickstoffballast Vorgängen kehren sich die Temperaturverhältnisse 60 auf einem Minimum gehalten wird. Bei Verwendung um), ist es vorteilhaft, die Reduktion mit H₂ bei von naturfeuchter Kohle erhält man durch Verbrennen höheren und mit CO bei tieferen Temperaturen vor der Kohle mit reinem Sauerstoff zu CO und Umsetzung sich gehen zu lassen. des enthaltenen Feuchtigkeitsgehaltes zu CO und H₂ Auf Grund thermochemischer Erwägungen ergibt beispielsweise ein Reduktionsgas mit etwa 84,1 % CO sich, daß die Reduktion des Eisenoxyds mit einem 65 und 15,9 °/o H₂, bei Temperaturen über 800° C, die Cemisch von 17 bis 20% H₂ und 80 bis 83% CO in der Gaserzeugungszone vorliegen. Der erwünschte nahezu temperaturunabhängig verläuft, d. h., daß die höhere Gehalt des Reduktionsgases an Wasserstoff Reduktionswirkung dieses Gasgemisches sowohl bei von beispielsweise 20% wird durch die Einführung

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von zusätzlichem Wasserdampf erreicht, der zusammen sondern nur dann in das Schmelzgefäß fällt, wenn die

mit dem Sauerstoff eingebracht werden kann. Trommeln rotiert werden. An beide Trommeln

Durch die Regelungsmöglichkeit der Mengen des schließen sich die mit einer feuerfesten Auskleidung

zugegebenen Kohlenstoffes und Sauerstoffes einerseits versehenen Reduktionstürme 16 und 17 an, die bis

und durch die Möglichkeit der beliebigen Temperatur- 5 oben mit körnigem Erz gefüllt sind. Am oberen Ende

reglung durch elektrische Heizung andererseits gelingt der Türme sind Aufgabevorrichtungen 18 und 19

es auf einfache Weise, die Zusammensetzung des angeordnet.

Reduktionsgases und die Bedingungen in der Re- Statt der dargestellten kippbaren Anordnung des duktionszone optimal einzustellen. Im allgemeinen Gefäßes 1 in der Tragkonstruktion 3 kann das ganze wird auf Grund von Gleichgewichtsbeziehungen das in io Gefäß auch auf einer Wippe angeordnet sein,
die Schmelzzone kommende Reduktionsprodukt stets Die Durchführung des Verfahrens erfolgt in folgeneinen geringen Anteil an unreduziertem Eisenoxyd der Weise: Nachdem die Reduktionstürme 16 und 17 enthalten. Dieses Eisenoxyd wird durch im Schmelz- mit Erz gefüllt sind, wird in die Schmelzkammer Koks produkt gelösten Kohlenstoff indirekt reduziert, und eingebracht und die elektrische Heizung eingeschaltet, man hat es durch die erfindungsgemäße Kombination 15 Dann wird Sauerstoff und Brennstoff eingeblasen und von direkter und indirekter Reduktion in der Hand, die Schmelzkammer (zweckmäßig unter oxydierenden ein Fertigprodukt mit gewünschtem Kohlenstoffgehalt Bedingungen) so lange aufgeheizt, bis die Reduktionsherzustellen. In der Schmelzzone herrschen dann türme und das Erz annähernd auf eine Temperatur ähnliche Verhältnisse wie in einem Elektroschachtofen. von 200 bis 300° C unter der vorgesehenen Reduktions-Durch Zugabe von Kohle kann das Eisenoxyd in 20 temperatur aufgeheizt sind. Dann wird durch Regelung der Schmelzzone reduziert werden, bevor es schmilzt der Verbrennung, d. h. Zufuhr von überschüssigem oder nachdem es geschmolzen ist. Kohlenstoff, in der Gaserzeugungszone Kohlen-

Das Verfahren kann kontinuierlich oder diskonti- monoxyd erzeugt, und durch Einführen von Wasser-

nuierlich durchgeführt werden. Bei kontinuierlicher dampf wird, wie früher erwähnt, ein Gemisch aus

Durchführung wird unter Aufrechterhaltung der 25 etwa 75 bis 85% CO und 25 bis 15°/₀ H₂ erzeugt,

reduzierenden Bedingungen in der Schmelzzone je ein Das reduzierende Gas streicht nach oben durch die

Überlauf für die Schlacke und das geschmolzene Reduktionstürme und beginnt das Erz zu reduzieren.

Produkt vorgesehen, und diese Produkte werden Nach Einschalten des Rotationsantriebes für die

laufend von Zeit zu Zeit abgezogen. Trommeln 12 und 13 fällt das reduzierte Produkt in

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Einrich- 30 das Schmelzgefäß. Nun wird das Reduktionsprodukt

tungen zu seiner Durchführung werden in der Zeich- unter Einwirkung der elektrischen Heizung nieder-

nung näher erläutert. geschmolzen. Der geringe Anteil des erhaltenen nicht

Die F i g. 1 und 2 zeigen Aufriß und Grundriß reduzierten Eisenoxydes wird indirekt durch gelösten

eines Schmelz- und Gaserzeugungsgefäßes mit ange- Kohlenstoff reduziert, wobei, da dies ein endothermer

schlossenen Reduktionstürmen. 35 Vorgang ist, der sonst eintretende Wärmeverlust mit

In F i g. 1 ist mit 1 ein geschlossenes Schmelz- und der elektrischen Heizung kompensiert wird.
Gaserzeugungsgefäß bezeichnet, das etwa elliptischen Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Anlage ist Querschnitt hat und eine feuerfeste Auskleidung 2 für einen diskontinuierlichen Betrieb bestimmt. Sobald besitzt. Das Gefäß ist kippbar in einer Tragkonstruk- das Schmelzgefäß bis zu etwa einem Drittel gefüllt ist, tion 3 gelagert. Durch die obere Decke des Gefäßes 40 wird die Erzeugung des reduzierenden Gases untersind zwei Soderberg- oder Graphitelektroden 4 und 4' brochen und der Rotationsantrieb der Trommeln eingeführt, von denen eine oder beide durchbohrt abgestellt. Von jetzt an kann kein zusätzliches Reduksein können. An der Durchtrittsstelle sind die Elek- tionsprodukt in das Schmelzgefäß fallen. Durch troden von einem Kühlzylinder 5 umgeben. Durch die Aufblasen eines Sauerstoffstrahles durch eines der Bohrung 6 der Elektrode 4 ist heb- und senkbar eine 45 Zuführungsrohre wird, gegebenenfalls nach Zugabe aus konzentrischen Rohren 7, 8 bestehende Zu- von Zuschlagstoffen, das geschmolzene C-haltige führungseinrichtung für Brennstoff und Brenngas Produkt gefrischt. Anschließend wird durch Kippen eingesetzt. Durch das Innenrohr 8 kann beispielsweise des Gefäßes der Stahl und die Schlacke abgegossen, pulverförmiger Koks oder Kohle und durch den . worauf die nächste Reduktionsphase in beschriebener Ringraum zwischen Innenrohr 8 und äußerem Rohr 7 50 Weise durchgeführt werden kann. Da der den Redukkann Sauerstoff eingebracht werden. Auch die umge- tionsphasen zwischengeschaltete Frischprozeß nur kehrte Anordnung ist möglich. Wasserdampf oder wenige Minuten in Anspruch nimmt (etwa 10 Minuten) Wasser können mit dem Sauerstoff eingebracht werden. und außerdem unter Wärmeabgabe verläuft, bleibt das Eine Reservezuführungseinrichtung, die mit 9 be- Erz in den Reduktionstürmen auf Reduktionstempezeichnet ist, kann in der Bohrung der zweiten Elektrode 55 ratur, und die nächste Reduktionsphase kann sofort vorgesehen sein. Mit 10 und 11 sind Abstichlöcher begonnen werden,
bezeichnet. Durch das folgende Ausführungsbeispiel wird das

An das elliptische Gefäß 1 sind beiderseits drehbare Verfahren gemäß der Erfindung noch näher erläutert:

Trommeln 12 und 13 angesetzt, die oberhalb der Ein Marampaerzkonzentrat mit folgender Zu-

Einfallöffnungen 20 in der Decke des Gefäßes enden 60 sammensetzung: 91,6 °/o Fe₂O₃, 0,29 % Mn₂O₃, 3,8%

und durch Abdeckschürzen 21,22 gasdicht abgedichtet SiO₂, 0,37% CaO, 0,020% S, 3,64% Al₂O₃, 0,22%

sind. Die Trommeln 12 und 13 können einen Zahn- MgO und 0,032% P₂O₅ wurde als Rohstoff verwendet,

kranz 14 besitzen, an dem ein Antrieb 15 angreift. Dieses Erz wurde in die Reduktionstürme einer Anlage,

Die Trommeln sind mit einer feuerfesten Auskleidung wie in F i g. 1 beschrieben, eingefüllt. In das mit den

versehen. Ihre Anordnung, d. h. ihre Steigung gegen 65 Reduktionstürmen gasdicht verbundene Schmelzgefäß

die Horizontale, ist so, daß das körnige Reduktions- mit einem Fassungsvermögen von etwa 20 t wurden

produkt nicht unter dem Einfluß der Schwerkraft zuerst 600 kg grobstückiger Koks chargiert, die

den Weg durch die Trommeln zurücklegen kann, Elektroden in leitende Verbindung mit dem eingefüllten

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Koks gebracht und dann die elektrische Heizung Wenn an Stelle des beschriebenen, aus CO und H-

eingeschaltet. Nachdem der Koks zu glühen begonnen bestehenden Reduktionsgasgemisches reines CO zu;

hatte, wurde durch die in der Zeichnung dargestellte Reduktion verwendet wird, so hat das Abgas ein<

Zuführungseinrichtung durch den Ringraum zwischen Temperatur von 300° C und eine Zusammensetzung

Innenrohr und Außenrohr Sauerstoff mit einem 5 von 19,45 % CO und 80,55 °/o CO₂. In diesem Fall is"

Reinheitsgrad von 99,5 °/o eingeblasen, bis ungefähr die die Ausnutzung der Kohle als Reduktionsmittel besser.

Hälfte des eingefüllten Kokses zu CO₂ verbrannt war. aber die Reduktionswirkung und die Geschwindigkeit

Durch die hohe Verbrennungstemperatur bei Aufrecht- ist geringer, weil die CO-Reduktion temperaturabhän-

erhaltung einer oxydierenden Atmosphäre wurde die gig ist, während die Reduktion mit dem beschriebener

Anlage, bestehend aus Schmelzgefäß, Trommeln und io Gasgemisch nahezu temperaturunabhängig ist. Es

Türmen, auf Reaktionstemperatur aufgeheizt. wird daher die vorher beschriebene Arbeitsweise mit

Nach der Erreichung der gewünschten Temperatur dem Gasgemisch bevorzugt.

von etwa 150O⁰C im Schmelzgefäß wurde durch das Der Siliziumgehalt von 0,45 °/₀ im Reduktionsinnenrohr naturfeuchte Kokskohle mit folgender produkt kann durch kurzes Aufblasen von reinem Zusammensetzung: 77,1 % C, 4,98°/₀ H, 1,81 °/₀S, *5 Sauerstoff entfernt werden, wobei der Kohlenstoff-O, N, 9,30 °/₀ H₂O, 6,8% Asche eingebracht. Durch gehalt gleichzeitig auf einen Wert von 0,10 °/₀ zurückden Ringraum wurde reiner Sauerstoff in solchem geht.

Verhältnis eingeblasen, daß sich eine reduzierende Die Wärme- und Materialbilanz dieser Arbeitsweise

Atmosphäre, d. h. ein Überangebot an Kohle einstellte. war die folgende:
Die in der Kohle enthaltene Feuchtigkeit wurde 20

dabei in CO und H₂ zersetzt. Wärmegewinn

Wie früher erwähnt, ist das thermochemisch „.. „„„ ,„,

)) günstigste Verhältnis von CO und H₂ etwa 78 bis _qc q* t

80% CO und 20 bis 22°/o H₂. Es wurden daher, um ^yo'^{yo Kg}

zu diesem Verhältnis zu gelangen, 230 kg Wasser 25 890,64 kg Fe/t Stahl
pro 1000 kg naturfeuchter Kohle zugesetzt. Das

Wasser wurde in Form von flüssigem Wasser mit unter Berücksichtigung der eingespritzten Feuchtigkeit

dem Sauerstoffstrahl eingeblasen. Das Reduktionsgas und Umsatz der letzteren zu H₂ und CO 802 027 Kcal hatte nach Einblasen dieses zusätzlichen Wassers eine
Zusammensetzung von 79,5 °/₀ CO und 20,5% H₂. 30

Die Verbrennungstemperatur sollte theoretisch Wärmeverbrauch

1570⁰C betragen, lag aber infolge von Wärme- Reduktion von 141 34 ks Fe O

abstrahlung auf 1400°C. Die fehlende Wärme wurde Q₈ Ji Γ _^1,34 kg J^e₂U₃ _

durch elektrische Heizung ersetzt und eine Temperatur ^{zu yö}'^{yo Kg re} iuu D4J Kcal

von 165O⁰C eingestellt. Die Menge an Reduktionsgas 35 Reduktion von Mn₂O₃ zu 2 kg Mn 2 668 Kcal

betrug 1022 Nm³/1000 kg Eisen und bestand aus Reduktion von SiO₂ zu 4,5 kg Si ...... 24 827 Kcal

814,6 Nm³ CO und 207,4 Nm³ H₂.
Das entwickelte Gas strömte aus dem Gaserzeu- Reduktion von P₂O₅ zu 0,15 kg P 562 Kcal

gungs- und Schmelzgefäß durch die Drehtrommeln und Reduktion von Fe zu Fe₃C mit 3,50 C.. 1 575 Kcal

die mit Erz gefüllten Reduktionsschächte. Sobald die 40 ....... . , ,. , ' .. . _. ,, .__ ,„„ _T, ,

Reduktion begonnen hatte, wurden die Drehtrommeln Warmeinhalt des flushen Stahles ..... 270 600 Kcal

in Bewegung gesetzt und mit konstanter Winkel- Wärmeinhalt des Abgases 122 640 Kcal

geschwindigkeit bewegt. Dadurch ergab sich eine _Wärmeinhalt der flüssigen Schlacke ... 120 400 Kcal j! gleichmäßige Abwärtsbewegung und gleichmaßige

Reduktion des Erzes. Das Reduktionsprodukt fiel in 45 Wärmeverluste (17,5 %) 140 354 Kcal

das Schmelzgefäß und wurde unter dem Einfluß der 784 169 Kcal

elektrischen Heizung geschmolzen. Eine Probenahme

des Reduktionsproduktes am Ende der Drehtrommeln

vor Einfallen in das Schmelzgefäß zeigte, daß 90% Noch zur Verfügung stehende Wärme: 17 858 Kcal

des eingesetzten Fe₂O₃ zu Fe reduziert waren. Der 5° 802 027 Kcal

Rest des Eisenoxydes wurde durch im flüssigen Bad —784169 Kcal

gelösten Kohlenstoff indirekt reduziert. —

Die Zusammensetzung des im Schmelzgefäß ge- 17 858 Kcal
schmolzenen Produktes war die folgende:

0,35 % C, 0,20% Mn, 0,45% Si, 0,040 % S, ⁵⁵ Zusätzliche Wärme, um die Temperatur

0,015% P, auf 1650°C zu halten 121 000 Kcal

die Zusammensetzung der Schlacke: .,,.,— ....

An elektrischer Energie notig:

2,84% FeO, 0,74% Mn₂O₃, 31,38% SiO₂ 171 mn K«,1

31,50% CaO, 0,17% S, 31,25% Al₂O₃, 1,95% ^{6o J} Jj

MgO, 0,17% P₂O₅. ^ ^

Das am oberen Ende der Türme entweichende !03 142 Kcal = ——^ = 120 kWh/t Stahl

Abgas hatte eine Temperatur von 315° C und folgende

^foT?Z%^{: 39}>³ °/o ^C0' ⁴⁰'⁷ 7" ^C0» P °l°^H* ⁶⁵ Gesamtverbrauch: 570 kg naturfeuchte

10,1 % H₂O. Dieses Gas hat noch einen hohen Heiz- Kohle

wert. Es kann zur Dampferzeugung oder zum Sintern

von Erz verwendet werden. pro 11 Stahl 120 kWh

Materialbilanz

Gesintertes Erz	<g	Fe	Stahl	Schlacke	FeO	6,10	O₂	Gas
1	1413,4	Mn	kg	kg	Mn₂O₃	1,59		kg
Fe₂O₃	3 4,5	Si	989,6	SiO₂	67,29		430,22
Mn₂O	58,6		2,0	CaO	67,59
SiO₂	5,7	S	4,5	S	0,37
CaO	0,3			Al₂O₃	67,05
S	56,2		0,25	MgO	4,17
Al₂O₃	3,4	P		P₂O₅	0,37
MgO	0^5
P₈O₅	1542,6	0,15

Kalk:
CaO

60,0

Kohle 570,57
davon
Asche 38,8

Zuschläge (kg)

3,50

2173,17

1000

214,53

10

C 436,41

H₂ 28,30 H₂O 53,37 S,O,N 10,33

958,63

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von flüssigem Eisen durch Umsetzung von Eisenoxyd mit einem reduzierenden Gas in einer Reduktionszone und Schmelzen des Reduktionsproduktes in einer mit einer zusätzlichen Heizung versehenen kombinierten Gaserzeugungs- und Schmelzanlage, aus der das erzeugte Gas direkt der Reduktionszone zugeführt und das Reduktionsprodukt direkt in die kombinierte Gaserzeugungs- und Schmelzzone übergeführt wird, gekennzeichnet durch die gemeinsame Verwendung von kohlenstoff- und wasserstoffhaltigem Brennstoff, von im wesentlichen reinem Sauerstoff zu dessen unvollständiger Verbrennung und von elektrischer Energie als

zusätzliche Heizung zum Schmelzen des Reduktionsproduktes.

2. Verwendung von naturfeuchtem Brennstoff für das Verfahren nach Anspruch 1.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gaserzeugungszone ein Gemisch aus CO und H₃ im Verhältnis von 75 bis 85°/₀ CO und 25 bis 15% H₂ erzeugt wird, wobei die Temperatur dieses Gasgemisches durch die zusätzliche Heizung auf etwa 165O°C gebracht wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Regelung der Menge des zugeführten Brennstoffes der Kohlenstoffgehalt im Schmelzprodukt wahlweise eingestellt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei diskontinuierlicher Durchführung des Verfahrens jeweils nach einer Reduktionsphase die Zufuhr von Brennstoff und Reduktionsprodukt zur Schmelzzone unterbrochen wird und dann durch Erzeugen eines oxydierenden Gases in der Gaserzeugungs- und Schmelzzone, vorzugsweise durch Aufblasen von reinem Sauerstoff, das geschmolzene Produkt gefrischt wird.

6. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, bestehend aus einem geschlossenen, mit einer feuerfesten Auskleidung versehenen Gefäß mit einer oder mehreren durch die Decke des Gefäßes ragenden Soderberg- oder Graphitelektroden zur Erzeugung eines elektrischen Lichtbogens, einer Anzahl von mit Einfallöffnungen des Gefäßes gasdicht verbundenen Einführungsschächten für das reduzierte Material und einer der Anzahl der Einführungsschächte entsprechenden Anzahl von mit einer feuerfesten Auskleidung versehenen Reduktionstürmen, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Elektroden durchbohrt sind und in die Bohrung eine heb- und senkbare Zuführungseinrichtung, bestehend aus zwei oder mehreren konzentrischen Rohren zur Zufuhr von Brennstoff, sauerstoff haltigem Gas und Wasserdampf, eingesetzt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen