DE1508074A1

DE1508074A1 - Verfahren zur Gewinnung von Eisen und Stahl aus Eisenerzen

Info

Publication number: DE1508074A1
Application number: DE19661508074
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: 1969-03-27
Also published as: FR1498828A; FR1498825A; NL6604026A; GB1087027A; FR1498826A; DE1508073A1

Description

betreffend
"Verfahren zur Gewinnung von Bisen und Stahl aun Eisenerzen".

Die Erfindung bezieht sich auf die Gewinnung von Eisen und Stahl aus Eisenerzen in einem Ofen, wobei ein kohlenstoffhaltiges Material als Heiz- und Reduktionsmittel und ein Oxydationsmittel neben Eisenerz und Zuschlagen (Flußmitteln) in den Ofen eingeführt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei welchem das geschmolzene und reduzierte Erz überdeckt ist durch eine Schlackenschicht, wird das kohlenstoffhaltige Material oder mindestens ein Teil davon, derart in das aus geschmolzenem Eisen, Erz und Schlacke bestehende Bad eingebracht, daß ein Teil davon unter die Oberfl'äche der Metallschmelze und das übrige in die Schlackenschicht eingeführt v/ird. Das Verhältnis der Anteile an kohlenstoffhaltigem Material, welche in. die Schlackenschicht bzw. in die Eisenschmelze

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selbst eingeführt werden und die Verweilzeit des Eisens im Ofen werden derart eingestellt, daß man Bisen rait einem vorbestimmten Kohlenstoffgehalt, der noch unter dem Sättigungswert liegt, erhält.

Das kohlenstoffhaltige Material kann fest, flüssig oder gasförmig sein und beispielsweise auR Koks, Brennöl oder Erdgas bestehen.

Ein besonderer Vorteil der erf.indungsgemäßen Arbeitsweise, bei welcher das kohlenstoffhaltige Material in zwei getrennten Anteilen in die Schlackenschicht und in die Eisenschmelze eingeführt wird, besteht darin, daß das Eisen in einer Schicht anfällt, die nicht so stark reduzierend sein muß, daß sie den Hauptanteil an Eisenbegleitern, wie Ihosphor und Silicium, reduziert. Während eine so starke Reduktion der Eisenbegleiter zwangsläufig zu einem Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt von höchstens 0,2 i-> führen würde, kann man erfindungsgeraäß den Kohlenstoffgehalt des zu gewinnenden Eisens auf jeden beliebigen Wert, bis zur gesättigten Lösung, einstellen. Der tatsächliche Kohlenstoffgehalt des Eisens hängt dann nur noch ab von den relativen Mengen an kohlenstoffhaltigem Material, das in die Schlacken- und Oxydschicht einerseits und in die Eisenschicht andererseits eingeführt wurde.

Vorzugsweise ist das kohlenstoffhaltige Material ein flüssiger Kohlenwasserstoff. Verwendet man ein solches Material, so wird der darin enthaltene Kohlenstoff beim Cracken des Kohlenwasserstoffes nach Eintritt in die beiden Schichten frei, während das Bad ein reduzierendes Gas abgibt, das hauptsächlich aus Kohlenraonoxyd und Wasserstoff besteht. Auf diese Weise wird unmittelbar über der Schlackenschicht eine Schicht aus reduzierendem Gas ausgebildet

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und aufrechterhalten, welche die metallurgische Reaktionszone und irgendwelche feste Kohle auf oder in der Nahe der Schlackenoberfläche von der OfenatraοSphäre isoliert.

Die Menge des in die Schmelze und in die Schlackenschicht einzuführenden flüssigen Kohlenwasserstoffes kann eingestellt werden nach der gemessenen Menge an freiem Kohlenstoff, der innerhalb der Eisenschmelze beim Cracken des Kohlenwasserstoffes frei wird. Es kann eine Steuer- und Verteilervorrichtung vorgesehen sein, die den zugeführten Strom flüssigen Kohlenwasserstoffes in * zwei Arme teilt, von welchen der eine in die Eisenschmelze, der andere in die Schlackenschicht eingeleitet wird; die Verteilereinrichtung wird gesteuert durch das Maß an freiem Kohlenstoff, der im Eisenerz frei wird.

Der Kohlenstoffgehalt des Eisens kann automatisch gemessen werden durch eine beliebige Einrichtung und ein von dieser Einrichtung gegebenes Signal kann benutzt werden, um ein Verteilerventil zu betätigen, welches das Anteilsverhältnis zwischen den in die Schlackenschicht und in die Metallschmelze einzuführenden Brennstoffmengen steuert. Ein weiteres automatisch arbeitendes Meßventil kann vorgesehen sein, um die gesamte Menge an eingeführtem kohlenstoffhaltigen Material je nach dem gewünschten Kohlenstoffgehalt indem zu gewinnenden Eisen zu steuern. überflüssiger, von der Metallschmelze nicht aufgenommener Kohlenstoff geht in die Schlackenschicht über, wo er leichter absorbiert wird.

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■In den Raum oberhalb des Bades kann ein Strom an Sekundärkohlenwasserstoff als flüssiger Brennstoff eingeführt werden, der ' dann mit einem derartigen Anteil an Oxydationsmittel versehen wird, daß die durch die Verbrennung des Brennstoffes und des aus dem Bad freiwerdenden Gases entstehende Wärme ausreicht, die Arbeitsteraperatur des Ofens aufrechtzuerhalten, ohne daß dabei in der Ofenauskleidung die maximal zulässige Temperatur überschritten wird.

Um einen allzu großen Angriff auf das Ofenfutter durch die im Ofen enthaltene Schmelze zu vermeiden, kann der Ofen an der Außenseite wassergekühlt sein. Irgendeine Bewegung, welche der Schmelze im Ofen erteilt wird_r sollte sich nicht derart auswirken, daß die Eisenschmelze daran gehindert wird, sich zu einer getrennten Schicht abzusondern, und auch nicht derart, daß die Schicht, in welche^ die Reaktion stattfindet, mit dem. größeren Teil der Ofenatmosphäre in Berührung kommt.

Die Verbrennung des in der Reaktionszone gebildeten Kohlenmonoxyds und Wasserstoffes und des Sekundär-Brennstoffes findet in dem Gasraum im oberen Teil des Ofens statt.

Die Zufuhr eines sekundären Kohlenwasserstoffes als Brennstoff zu dem Gasraum hat zwei Hauptvorteile: erstens wird dadurch ermöglicht, daß die notwendige Wärme bei einer niedrigeren Flammentemperatur bereitgestellt wird, als dies auf-andere Weise möglich wäre, und wenn die Flammentemperatur niedrig genug gehalten wird, so wird jedes lokale Überhitzen der Zustellung über ihre maximale

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Arbeitsteraperatur vermieden. Dies kann zwar zu gewissen Schwierigkeiten in der Warmeübertragung führen, da die Wärmeübertragung durch Strahlung stärker eingeschränkt wird als die Wärmeübertragung durch Konvektion zunimmt, jedoch kann man diese Schwierigkeiten vermeiden, wenn man einen entsprechenden Ofentyp wählt, beispielsweise einen Drehofen, de^e-camitlicli eine bessere Wärmeübertragung ergibt, als ein stationärer Ofen. Ein weiterer Vorteil läßt sich dadurch erreichen, daß man als Sekundär-Brennstoff einen von dem in das Bad eingespeisten kohlenstoffhaltigen Material verschiedenen Brennstoff/vählt, da dieser Sekund^r-Brennotoff uicht einen so % niedrigen Schwefeigehalt wie der Primär-Brennstoff aufweichen muß. Wenn ein Sekundär-Brennstoff verv/endet wird, entsteht auch eine große Menge an reduzierendem Gas, das dazu verv/endet werden kann, die einges'oeisten >,rze oder Oxyde vorzureduaieren und vorzuwärmen. In diesem Stadium des Verfahrens ist die Schwefelaufnahme durch das Elsenerz aus den Reduktionsgasen gering (falls dar, Erz nicht allzu fein verteilt int), und ein Schwefelgehalt im Sekundär-Brennetoff i.^t daher bedeutungslos, während der Schwefelgehalt des unter die Überfläche der Schmelze einzuführenden Primär-Brennstoffes von besonderem Einfluß ist, da dieser Schwefel zum größten Teil durch das jdsen und die Schlacke aufgenommen wird.

Lioenerz oder irgendeine andere Form von iuioenoxyd, das vorzugsweise teilweise vorreduziert und/oder vorgewärmt ist, wird in oder auf eine Schlackenschicht aufgegeben, die im Ofen auf einer Temperatur von mindestens 1350° G, vorzugsweise auf mindestens 1500° C gehalten wird.

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Die den Ofen verlassenden Gase haben in jedem Fall einen hohen Wärmegehalt und können auch eine bemerkenswerte Reduktionswirkung entJäLten, selbst wenn kein Sekundär-Brennstoff verwendet . wurde. Diese Gase können zum Torheizen und/oder Vorreduzieren der aufgegebenen Erze dienen oder dazu, v/eitere eingespeiste Rohstoffe, z. B. Sauerstoff, Brennstoff oder Zuschlag, vorzuwärmen. Dieses Vorwärmen lcann entweder nur durch die fühlbare Wärme der Gase erfolgen, aber auch durch Verbrennung der Gase mit Luft, oder mit Sauerstoff angereicherter Luft oder mit handelsüblichem Sauerstoff, P" wobei dann die Wärme der Verbrennungsgase ausgenützt wird.

Je nach der Art der zu verhüttenden Srze und der Beschaffenheit des angestrebten Metalls kann die SchTackenschicht entweder sauer oder basisch eingestellt werden. Die Zuschläge, mit denen die entsprechende Basizität, Viskosität und Schmelztemperatur der Schlacke erreicht wird, werden den Erzen zugesetzt. Als Zuschläge verwendet man KaIIc, Kalkstein, Dolomit, Silikate, Feldspat, allein oder im Gemisch, unter Berücksichtigung der in den Erzen vorhandenen Menge an Gangart, wobei die Mineralien so berechnet werden, daß eine Schlacke der gewünschten Zusammensetzung erreicht wird.

Die Erze werden in üblicher Stück- oder Korngröße aufgegeben. Wird vorgewäriat oder vorreduziert, so ist die Stückgröße weitgehend durch die Erfordernisse dieser Vorstufen bestimmt. Wird ein Sekundär-Brennstoff mit hohem Schwefelgehalt verwendet, dann

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wird die Mindestgröße des Erzes weiterpestiromt durch den gerade noch tragbaren Schwefelgehalt des vorreduzierten Materials, das in das Schmelzbad eingeführt wird. Die Schwefelaufnahme In dem Vorreduktionsstadium ist umso höher, je größer die Oberfläche des Erzes ist und unter diesem Gesichtspunkt sollten die einzelnen Erzstücke möglichst groß sein. Andererseits nimmt aber das Vorreduzierungsstadium umso mehr Zeit ein, je größer die Stücke sind und es erscheint daher wünschenswert, die kleinste Korngröße zu verwenden, die in dem vorreduzierten Produkt einen noch akzeptablen Schwefelgehalt ergibt. Im übrigen sind auch mechanische Gesichtspunkte ™ hinsichtlich der Vorwärm- und/oder Yorreduziereinrichtung von Einfluß auf die Korngröße.

Da in dem erfindungsgemäßen Verfahren das Eisen in einer Schmelzschicht von verhältnismäßig geringem Reduktionspotential anfällt, ist der Gehalt des Endproduktes an Verunreinigungen bzw. Eisenbegleitern, die am leichtesten aus dem Erz reduziert werden, wie Phosphor und Silicium, außerordentlich gering und das Produkt erfordert verhältnismäßig wenig Prischen, um zu einem brauchbaren g Stahl zu kommen. Im Hinblick darauf, daß der kohlenstoffhaltige Brennstoff einen sehr geringen Aschengehalt haben soll, sind flüssige Kohlenwasserstoffe bevorzugt, weil dann die Schlackenzusammensetzung genauer gesteuert werden kann als bei einem Verfahren, bei welchem feste kohlenstoffhaltige Brennstoffe verwendet werden, die normalerweise einen verhältnismäßig hohen Aschengehalt haben, Wenn man einen flüssigen Kohlenwasserstoff mit niedrigem

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Sehwefelgehalt als Heiz- und Reduktionsmittel wählt, so verringert sich das Schlackenvolumen, was eine wesentliche Einsparung an fühlbarer Warne und daher an Brennstoff bedeutet·

Patentansprüche

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Claims

DR. ING. F. WUJtSTHOFF MÜNOHJBW OO DIPI^IWCCFOTS Q SCHWWOEHeTHAMS. DR.K.T.PKCHMAHW ^J «'■"" 22«·»1 ΐκιοΐίκκ«ηβιι MOiroanr 1A-32 5111508074 Patentansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung von Eisen oder Stahl aus Eisenerzen, wobei in einen Schmelzofen neben dem Eisenerz und den Zuschlagen ein kohlenstoffhaltiges Material und ein Oxydationsmittel eingeführt wird und die aus dem eingeschmolzenen und reduzierten Erz gebildete Metallschmelze von einer Schicht aus geschmolzener Schlacke

i bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet , daß man ^

mindestens einen Teil des kohlenstoffhaltigen Materials in das die Schmelzschiehten enthaltende Bad derart einführt, daß ein gewisser Anteil des eingeführten Materials unter die Oberfläche des geschmolzenen Eisenss, der Rest in die Schlackenschicht eingebracht wird, wobei man das Verhältnis zwischen diesen Anteilen und die Verbleibzeit des Eisens im Ofen derart wählt, daß dem Eisen ein vorbestimmter Kohlenstoffgehalt unterhalb des Sättigungswertes verliehen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das kohlenstoffhaltige Material ein flüssiger Kohlenwasserstoff ist.

3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des flüssigen Ko lenwasserstoffes, der unmittelbar in das Bad eingespeist wird, eingestellt wird entsprechend der gemessenen Menge an freiem Kohlenstoff, der im Eisen durch Cracken

des eingespeisten flüssigen Kohlenwasserstoffes in Freiheit gesetzt »
wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenwasserstoff strom durch eine Steuereinrichtung in zwei Arme geteilt wird, iron denen der eine in die Eisenschmelze, der andere in die Schlackenschicht eingeleitet wird, wobei die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von dir gemessenen Menge an im Eisenerz freiwerdendem Kohlenstoff arbeitet. - -

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß in den freien Raum oberhalb des

W Schmelzbades ein Strom eines Sekundär-Kohlenwasserstoffes eingeleitet wird, mit welchem entweder gemeinsam oder über eine getrennte leitung eine derartige Menge eines Oxydationsmittels zugeführt wird, daß die durch Verbrennen des Brennstoffes und des aus dem Bad entweichenden Gases freiwerdende Wärme dazu ausreicht, die Arbeitstemperatur des Ofens aufrecht zu erhalten, ohne daß dabei die feuerfeste Auskleidung so hoch erhitzt wird, daß sie Schaden leidet.

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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundär-Brennstoff ein flüssiger oder gasförmiger Kohlenwasserstoff ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel vor Einleiten in den Ofen vorgewärmt wird.

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8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7_f dadurch g e kennzeichnet , daß der Kohlenwasserstoff vor Einleiten in den Ofen vorgewärmt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 his 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Erz vor Aufgabe in den Ofen vorgewärmt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Vorwärmen durch Wärmeaustausch mit den aus dem Ofen ausströmenden Gasen erfolgt.

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