DE1508073A1

DE1508073A1 - Verfahren zur Gewinnung von Eisen und Stahl

Info

Publication number: DE1508073A1
Application number: DE19661508073
Authority: DE
Inventors: Auld James Beattie; Masdin Edward Guy
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1965-11-08
Filing date: 1966-11-07
Publication date: 1969-02-20
Also published as: DE1508074A1; GB1087027A; FR1498828A; NL6604026A; FR1498825A; FR1498826A

Description

DR. ING. F. WUKSTHOFF DIPI* ING. G. PtJLS DR.K.V.PKCJIMANN

PATENTANWÄLTE

1Λ-02 51.1

B e s c Ii r e L b u η £ ν, α d e r Pr. t eηt anr; e 1 ti u n<>;

30, Oar el van Eylandtlaan, Haag, Iliederlande

be^J.;reffenrl
"Tcrfahren sur Gewinnung von ^T!iisen und "tohl".

Diο Erfindung "betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung '/,uv Gewinnung von leinen oder Utah! aur, .Eisenerzen odeⁿ: anderen Eifienoxyden im Drehofen.

'Jhoh dem erfindunf3;:e!Yri3en Verfahren gelingt die Kervon flÜEoigeivi ivLson oder 3tahi geniu bestimmter otaung ohne die Λη-./endung von i-luttenkoks oder anderen feeten Reduktionsmitteln und in einigen Pollen auch unter JüLnop'S.rung der allgemein bei der Stahlgewinnung üblichen aurvitzi.Lohen Frisch- oder Feinungnstufe.

Bei dem erfindungr.gem^:'3en Vorfa>iren geschieht die Reduktion all- 'U.LfQ von Kohlenstoff, der aus KohlenwanBerntoffen stammt, die- gasförmig oder f i. Ur: η ig nein können oder ein Geminch auo b--;^;..-_;'.r: Aggrogatzu,ständen darstellen und unmittelbar in den Ofen

r.irigf,r"Jnrt wenden. · BAD ORlGlNAl-

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Das erfindungsgern'lße Verfahren wird durchgeführt i.n einem Drehofen, in welchea "bei Temperaturen von zumindest 1350° C eine Schlacken:? chi chi; gebildet wird. Der Ofen wird um eine /'ohne gedreht, die in einem Winkel zwischen ü und 4-0° zur Horizontalen liegt und zwar alt einer Geschwindigkeit von zumindest 6 UpM. Die Drehbewegung führt zu einer Verteilung der Kr ze oder der anderen elsenoxydhaltigen Materialien, die auf die Schlackenschicht· aufgegeben v/erden, über den gesamten Ofen. Die Kohlenwasserstoffe werden unter die Oberfläche der öohlackenschicht eingeführt und en erfolgt ein Cracken der Kohlenwasserstoffe unter Freisetzung von Kohlenstoff, v/elcher die iJisenoxyde zu metallischem Eisen reduziert, so daß sich unterhalb der ^ohlackGnschicht eine üch.i.clit aus geschmolzenem J-Jieen mit einen Kohlenstoffgehalt von weniger axs 1 % bildet. Die Schlackenschicht bzw. ein Teil dieser Schicht hat eine wesentlich größere reduzierende Wirkung als sie für die Reduktion der Tiisenoxyde zum metallischen Eisen erforderlich ist. Auπ der Schicht "entweicht ein reduzierendes Gas, welches in der

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Hauptsache/Kohlenmonoryd und Wasserstoff besteht. Darüberhinaus wird in dem Ofen ein Oxydationsmittel eingeführt und zwar zumindest teilweise in den Raum oberhalb der Schmelze.

Der Ofen Ist mit einem feuerfesten ilaterial ausgekleidet (zugestellt) und wird, um ein zu starkes Auflösen des feuerfesten Baustoffes durch die Schmelze zu vermeiden, von außen wassergekühlt. Außer beim Kippen zwecks Austragung des geschmolzenen Materials ist die Drehachse des Ofens in einem Winkel von O bis 40°, vorzugsweise von 15 bin j5O°, geneigt zur Horizontalen. Die Unidrehungs-

BAD ORIGINAL

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geschwindigkeit des Ofens liegt bei mindestens 6, vorzugsweise zumindest 18 TJpM. Die maximale Umdrehungsgeschwindigkeit soll nicht so hoch sein, daß die Eisenschmelze daran gehindert wird, sich unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft zu einer eigenen Schicht abzusondern oder daß die Schicht, in welcher die Reaktion stattfindet, in Berührung könnt mit dem größeren Toil der Ofenatmosphäre. Die kritische Geschwindigkeit stellt daher eine Punktion des Ofendurchmessers, der Arbeitsbedingungen und der Viskosität der Metallschmelze und der Schlackenschicht dar.

Eisenerze oder andere Eisenoxyde werden, vorzugsweise im vorreduzierten und/oder vorgewärmten Zustand, auf die Schlackenschicht chargiert, die im Ofen bei einer temperatur von zumindest 1350, vorzugsweise zumindest 1500°, gehalten wird.

Der betreffende Kohlenwasserstoff, z. B. Erdgas oder Heizöl, wird unter die Oberfläche der Schlackenschicht eingeführt. Bei der herrschenden Temperatur zersetzt sich der Kohlenwasserstoff durch Cracken unter Freisetzung von Kohlenstoff. Dieser Kohlenstoff wird von der Metallschmelze aufgenommen und dient zur Reduktion der Eisenoxyde zu metallischem Ei.sen unter Bildung von Kohiennonoxyd, das zusammen mit dem bei der Orackung abgespaltenen Wasserstoff aus doη Bad entweicht, so daß nich unmittelbar oberhalb der SchlackenRchicht eine Schicht au.s reduzierenden Gasen ausbilde«, welche-· die Zone der metallurgischen Reaktionen von der eigentiiehen Ofenatmonphäre isoliert.

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Zur Einstellung und Regelung der Ofentetnperatur na,eh dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Oxydationsmittel, wie Sauerstoff, Luft oder sauerstoffangereicherte Luft, gegebenenfalls auch ein Sekundär-Kohlenwasserstoff (der jedoch nicht der gleiche wie der.Primär-Kohlenwasserstoff sein muß) in den Raum oberhalb der Schmelzschichten eingeführt. Die Verbrennung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff, die aus der Reaktionszone stammen, und des Sekundär-Brennstoffs, falls ein solcher zugesetzt wird, findet in dem Gasraum des Ofens statt. Der Sekundär-Brennstoff dient zur Aufbringung der erforderlichen Wärmeenergie bei einer !Temperatur, bei der eine Beschädigung der Ofenzustellung vermieden wird.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Kohlenwasserstoff entweder -vollständig unter die Schlackenschicht eingeführt wird, wenn ein ni4dergekohltes Eisen erzeugt v/erden soll, oder daß er ganz oder teilweise in die Eisenschicht eingeführt wird, wenn man ein hochgekohites Eisen erreichen will. Der endgültige Kohlenstoffgehalt des Eisens kann daher durch das Verhältnis der Mengen an Kohlenwasserstoff eingeregelt werden, welche in die Schlackenschicht und in die Eisenschicht eingespeist werden.

Die den Ofen verlassenden Gase besitzen in jedem Pail einen hohen Wärmeinhalt und können, insbesondere wenn ein Sekundär-Brennstoff angewandt wird, auch stark reduzierend wirken. Die Gase können daher zum Vorwärmen und/oder Vorreduzieren der frischen Erze, dienen/ oder auch zur Vorwärmung der anderen zu

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chargierenden Stoffe, ζ. B. des Sauerstoffes, der Kohlenwasserstoffe oder der Zuschläge. Beim Vorwärmen kann ausschließlich die fühlbare Wärme der Abgase nutzbar gemacht werden, es ist aber auch möglich, die Gase mit Luft, sauerstoffangereicherter Luft oder handelsüblichem Sauerstoff abzubrennen und die fühlbare Wärme der Verbrennungsgase nutzbar zu machen.

Je nach Art der zu verhüttenden Erze und Beschaffenheit des angestrebten Metalls kann die Schlackensehieht entweder sauer oder basisch eingestellt weräen. Die Zuschläge, mit denen die entsprechende Basizität, Viskosität und Schmelztemperatur der Schlacke erreicht wird, werden den Erzen zugegeben. Als Zuschläge verwendet man Kalk, Kalkstein, Dolomit, Silikate, Feldspat allein oder gemischt unter Berücksichtigung der in den Erzen vorhandenen Mengen an Gangart, die so berechnet; werden, daß eine Schlacke der gewünschten Zusammensetzung erreicht wird.

Eine v/eitere Möglichkeit zur Einstellung der gewünschten Zusammensetzung im Fertigprodukt besteht darin, daß beim Einspeisen des Kohlenwasserstoffes in die Schlackenschicht dieser Schicht auch ein Teil des Sauerstoffes zugeführt wird. Die Sauerstoff- und die Kohlenwasserstoffdüsen werden so angeordnet, daß der Kohlenwasserstoff oberhalb des Sauerstoffes eingeführt wird, und zwar ungefähr in der Mitte zwischen der Sauerstoffdüse und der Oberfläche der Schmelze. Zu beachten ist jedoch, daß der Sauerstoff 30 eingeführt wird, daß er nicht mit der Metallschmelze in Berührung kommt.

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Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß das oberhalb oder im Umkreis der Kohlenwasserstoffdüsen gebildete Metall wegen seiner extrem hohen Oberflächenspannung zwischen Metallschmelze und Schlackenschmelze als kleine Tröpfchen anfällt. Diese Tröpfchen fallen dann nach unten und passieren einen Bereich mit vergleichsweise hohem Sauerstoffpotential, bevor sie den Metallsumpf erreichen. Während des Durchgangs ist ihre Geschwindigkeit derart, daß ein wesentlicher Anteil der leichter oxydierbaren Eisenbegleiter, z. B. der Phosphor, aus dem Eisen entfernt v/erden, ohne daß es zu einer nennenswerten Rückoxydation des Eisens kommt. Der Anteil an Sauerstoff, v/elcher in die Sclilacke- und Erzschicht eingeblasen wird, soll daher nicht mehr als 40 <?■> der zur vollständigen Verbrennung des unmittelbar darüber eingeführten Kohlenwasserstoffes erforderlichen Menge betragen.

Die Erze werden in üblicher Stück- oder Korngröße chargiert. Wird vorgewärmt oder vorreduziert, so ist die Stück- oder Korngröße weitgehend durch die Erford4rnisse dieser Vorstufen bestimmt.

Das erfindungagemäße Verfahren ist sehr anpassungsfähig und gestattet eine genaue Einstellung und Einhaltung der gewünschten Zusammensetzung des Fertigprodukts. Da die Eisenbegleiter auf einen geringen Gehalt eingestellt v/erden.können und der Kohlenstoffgehalt bis/&uf 0,2 °l oder darunter gesenkt werden kann, ergibt sich, daß man bei Anv/endung von üblichen Kohlenwasserstoff/Brennstoffen mit geringem Aschegehalt lediglich einen Brennstoff auswählen muß, der einen geringen oder praktisch vernachlässigbaren

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Schwefelgehalt aufweist, um damit die Einstellung der Produktzusammensetzung vollständig in der Hand zu haben. Auf diese Weise kann man auoh unmittelbar zu einem Produkt kommen, das hinsichtlich seiner Zusammensetzung bereits den Baustählen entspricht. In vielen Fällen erübrigt sich ein weiteres Frischen und falls ein Prischen oder Reinen nötig erscheint, sind dabei die Aufwände wesentlich herabgesetzt.

Die Erfindung sei anhand der Zeichnung näher erläutert:

Der Drehofen 1 mit wassergekühltem Mantel 2 und feuerfester Zustellung 3 wird angetrieben über einen Zahnkranz 4 durch geeignete Antriebe, z. B. über ein Untersetzgetriebe, durch einen Elektromotor (nicht gezeigt). Ein Kohlenwasserstoffbrennstoff wird mit Hilfe der Lanze 7 eingeführt; diese reicht durch die Ofennchnauze 5 und taucht in die Schlackenschicht 8 ein. Das gebildete Eisen sinkt zum Boden der Schlackenschicht und sammelt sich in einem Sumpf 9. Einem Brenner 12 wird über das Rohr 10 Sekundär-Kohlenwasserstoff, über das Rohr 11 Sauerstoff zugeführt. Die Verbrennung des Sekundär-Brennstoffs mit den Sauerstoff und der aur-ϊ der Schlackenschicht entweichenden Gase erfolgt im Ofenra.um 6. Die dort gebildeten reduzierenden Gase gelangen durch die feuerfest ausgekleideten Schächte 13» 14 über ein Drehventil 15 in einen Rotierofen 16, der zur Vorwärmung und Vorreduzierung dient, in dem die frischen Erze vorgewärmt und vorreduziert werden. Die den Rotierofen verlassendenMöller 17 fallen aus dem Austragende des Rotierofens in die Zellenschleuse 15 und werden über die feuerfervtc Leitfläche 13 in den Ofen geführt.

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Bei der Ofenentleerung wird die Zeilenschleuse 15 geschlossen, die Brennstoffzufuhr zu der Lanze 7 und die Leitung 10 für Sekundär-Brennstoff, ebenso wie die Sauerstoffzufuhr über Leitung 11, werden abgeschaltet, die Lanze 7 und der Brenner 12 werden herausgezogen, die Üfendrehung gestoppt, der Schacht 13 etwas zurückgezogen und dann der Ofen über die Lager 19 auf Vertikal gekippt. Die Abstichöffnung 20 wird aufgebohrt oder aufgebrannt, so daß der Abstich einsetzt. Sobald die Schlackenschmelze abzulaufen beginnt, wird der Ofen wieder auf einen Winkel zur Horizontalen von 25 bis 30° C aufgerichtet. Dadurch wird gewährleistet, daß ein !Teil der Schlacke im Ofen verbleibt und zum Vorwärmen sowie zum Starten der nächsten Charge dient. Wenn ausreichend Schlacke abgezogen wurde, wird das Abstichloch 20 wieder mit einem Stopfen verschlossen, der Schacht 13 eingefahren, der Ofen wieder in Umdrehung versetzt, die Lanze 7 und der Brenner 12 an Ort und Stelle £obracht, die Zuführungen für Brennstoff und Sauerstoff über die Leitungen 10 bzw. 11 zu der Lanze 7 wieder geöffnet und schließlich wird wieder die Zellenschleuse 15 betätigt, um die nächste Charge aus dem Rotierofen in den Schmelzofen aufzugeben.

Beispiel

Ein 250 kg-Rotierofen wurde mit 136 kg Hematit chargiert. Zusammensetzung des Erzes: 62,4 # Fe, 5,75 $ SiO₂, 1,06 # CaO, 0,48 i> NgO, 1,9 Io Al₂O₅, 0,2 °/o Feuchte. Als Zuschlag dienten 6kg Kalk. Der Ofen war mit Magnesit (feuerfestem Material) ausgekleidet, um 30° zur Horizontalen geneigt und wurde mit einer Geschwindigkeit von 25 UpM gedreht.

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Der Brenner war direkt auf die Charge gerichtet, no daß ein gutes SiTischmeizen des Möllern stattfand. Als Brennstoff diente ein Gagel mit einem Schwefelgehalt von 0,95 $. Brennstoffverbrauch 56,8 Liter/Stunde (15 gal/h). Nach 2 Stunden unter Anwendung von nur 55 i* des für die stöchiometrische Verbrennung den Gasöls erforderlichen Sauerstoffs war der Möller vollständig eingeschmolzen und hatte eine Temperatur von 1550° G erreicht. Der Brenner wurde in die Horizontale eingestellt und die Lanze ungefähr 15 cm (6 inch) in die Schmelze eingetaucht. Über die Lanze erfolgte eine Propangaszufuhr¹ mit einer Menge von 5000 l/h während 3 Stunden. entsprechend 0,2145 kg/Pro.pan je kg Eisen im Erz. Während dieser Seit wurde Sauerstoff dem Brenner in einer Menge von 60 ;' der für die YertrennuiiQ· den Gas öl ρ erforderlichen Menge zugeführt. Fach dieser Zeit wurde die Schmelze,deren Temperatur noch immer 1550° C betrug, abgestochen, lian erhielt insgesamt 78,7 kg Eisen mit 0,2 $ C, 0,05 % S, weniger als 0,05 i> Si, weniger als 0,05 £ P und daneben 31,5 kg Schlacke mit 24,8 ⁰J, SiO₂, 22,5 % CaO, 5,Π $ MgO, 8,2 °/ί AlpO,, 22,8 # FeO. Während der Reduktion lag das Verhältnis von GO % CO₀ in den entwickelten Gasen zwischen 6,5 : 1 und 11 :

Das Beispiel schildert die halbtechnische Durchführung des erf indungs/remäßen Verfahrens. Selbstverständlich läßt sich das erfindunfj-sgemäße Verfahren mit gleichen Vorteilen für großtechnische Produktion ähnlicher Eisen- oder Stahlsorten anwenden und zwar unter Verwendung von vorgewärmten und/oder vorreduzierten Ersinn, wm.o.i dann im allgemeinen wesentlich geringere Brennstoffmengen je Tonne Kifen aufzuwenden sind.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung von Eisen oder Stahl in einem Drehofen, wobei sich der Ofen, in den eine Schlackenschicht bei einer !Temperatur von zumindest 1350° C gebildet v/ird, um eine O bis 40° gegen die Horizontale geneigte Achse mit einer Geschwindigkeit von mindestens 6 UpM dreht, dadurch gekennzeichnet ,

Schlackendaß ein Kohlanwasserstoffstrom unter die Oberfläche der schicht eingeführt wird, aus welchem beim Gracken Kohlenstoff frei wird, der zur Reduktion der fiisenoxyde zu metallischem Eisen dient, bo daß sich unterhalb der Schlackenschicht eine Eisenschmelze mit einem Kohlenstoffgehalt unter 1 % bildet, und daß man die Schlackenschmelze oder einen l'eil davon so einstellt, daß sie ein wesentlich größeres Reduktionsvermögen, als es für die Reduktion der T-iisenoxyde zu metallischem Eisen erforderlich ist, hat und daß sich aus dieser Schicht ein reduzierendes Gas, bestehend im wesentlichen aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff, entwickelt, sowie daß man in mindestens einen Teil des Raumes über der Schmelζschicht ein Oxydationsmittel einführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Sekundär-Brennstoff, der gegebenenfalls der gleiche ist wie der Primär-Brennstoff, in den Raum oberhalb der Schlackenschicht einführt, und zwar entweder zusammen mit dem Oxydationsmittel oder getrennt davon in einem solchen Verhältnis,

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daß die durch das Abbrennen des Brennstoffes und des aus der Schicht entweichenden Gases entwickelte Wärme ausreicht, um die Arbeitstemperatur des Ofens aufrecht zu erhalten, ohne daß die feuerfeste Zustellung durch allzu hohe Temperaturen leidet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man zumindest einen Teil des Kohlenwasserstoffes unter die Oberfläche der Metallschmelze und den restlichen Teil in die Schlackenschmelze einführt, wobei das Mengenverhältnis zwischen den der Schlackenschicht und den der Eisenschicht zugeführten Brennstoffanteilen und die Verweilzeit des Eisens so eingestellt werden, daß in dem Fertigprodukt ein vorbestiramter Kohlenstoffgehalt erreicht wird, der unterhalb des Sättigungswertes liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man außer dem in die Schlackenschicht eingeführten Kohlenwasserstoff zusätzlich einen Teil des Sauerstoffs des Oxydationsmittels in die Schlackenschicht unterhalb einer Stelle einbringt, an welcher der Kohlenwasserstoff eingeführt wird, so daß ein genau eingestelltes Sauerstoffpotential innerhalb der Schlackenschicht aufrechterhalten wird, wodurch man die Möglichkeit hat, die Zusammensetzung des in dem oberen Teil der Schlackenschicht gebildeten und durch einen Bereich mit höherem Sauerstoffpotential absinkenden Metalls auf einen vorbestimmten Wert einzustellen.

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5. Yerfahren nach Anspruch 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß man die Schlackenschicht auf mindestens 1500° C hält.

6. Yerfahren nach Anspruch 1 bis 5» dadurch g e k e η η zeichnet , daß man den Möller vorwärmt, wozu man vorzugsweise die aus dem Ofen entweichenden Abgase verwendet.

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7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß man die Erze bzw. Oxyde zumindest teilweise vorreduziert, wozu man vorzugsweise die Ofenabgase verwendet.

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