DE1508076A1 - Verfahren zur Gewinnung von Eisen und Stahl - Google Patents

Description

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Beschreibung zu der Patentanmeldung

SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ N. V. 30, Garel van Bylandtlaan, Haag, Niederlande

betreffend
"Verfahren zur Gewinnung von Eisen und Stahl".

Die Erfindung bezieht sich auf die Gewinnung von Eisen und Stahl aun Eisenerzen in einem mit einer feuerfesten Zustellung ausgekleideten Ofen, wobei zusammen mit dem Eisenerz und Zuschlagen ein kohlenstoffhaltiges Material (im weiteren auch als Brennstoff bezeichnet) als Heiz- und Reduktionsmittel und ein Oxydationsmittel in den Ofen eingeführt wird.

Bei dem erfindungsgemaßen Verfahren wird die zur Reduktion notwendige v/ärmeenergie derart zugeführt, daß die maximale Arbeitsteroperatur, der dio feuerfeste Zustellung des Ofens ausgenetzt int, nicht überschritten wird.

Dabei gelingt es erfindungsgemäß, die Anforderungen, die an die Qualität des Brennstoffes gestellt werden, herabzusetzen, indem man einen Sekundär-Brennstoffstrom zuführt, durch dessen Zusammen-

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Setzung die Zusammensetzung des zu produzierenden Eisens oder Stahls nicht merklich beeinträchtigt wird.

Erfindungsgemäß wird das Erz eingeschmolzen und reduziert und die so gebildete Metallschmelze ist dann mit einer Schicht geschmolzener Schlacke "bedeckt. Ein Teil des kohlenstoffhaltigen Materials wird nun in das Bad aus geschmolzenem Erz, Eisen und Schlacke eingeführt; ein anderer Teil wird,entweder gemeinsam mit dem Oxydationsmittel oder getrennt davon, in den freien Raum oberhalb der Schlackenschicht eingeführt, wobei man das Anteilsverhältnis so einstellt, daß die durch die Verbrennung des letzteren Teiles den kohlenstoffhaltigen Materials zusammen mit dem aus der Schmelze entweichenden Gas freiwerdende Wärme dazu ausreicht, die Arbeitstemperatur im Ofen aufrecht zu erhalten, ohne daß dabei die feuerfeste Zustellung auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der sie Schaden leidet.

Vorzugsweise ist das kohlenstoffhaltige Material ein flüssiger Kohlenwasserstoff. Durch Verwendung eines derartigen Brennstoffes wird Kohlenstoff, der in dem Brennstoff vorhanden ist, beim G'racken des Kohlenwasserstoffes nach seiner Einführung in dan Schmelzbad frei, während das Bad ein reduzierendes Gas abgibt, das haun.rr.chlich aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff besteht. Auf dioae V/eine bildet sich unmittelbar oberhalb der Schlackenochioht eine ochicht aus reduzierendem Gas aus, welche die Zone der metallurgischen Reaktion und irgendwelchen festen Kohlenstoff, der an der ochlackenoberflache anwesend ist, von der Ofenatmosphäre isoliert. Me Verwendung eines flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoffen zur Injektion

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in den Raum oberhalb der Schlackenschicht hat den Vorteil, daß der Brennstoff unmittelbar verdampft und innig mit dem Oxydationsmittel vermischt wird.

Die Isolation der Zone, in der die metallurgische Reaktion stattfindet, von der Ofenatmosphäre erlaubt die Verwendung einer Atmosphäre im Ofen, die gegenüber der Eisenschmelze oxydierend wirkt. Normalerweise nimmt man den sich durch diesen Umstand bietenden Vorteil wahr und erzeugt die zum Schmelzen des eingespeisten Erzes, zur Durchführung der Reaktion und zum Ausgleich der Wärmeverluste notwendige Wärme durch Verbrennen der aus der Schlackenschicht entweichenden Gase mit ausreichend Sauerstoff (bzw. mit durch Sauerstoff angereicherter luft oder nur Luft), FO daß in dem Reaktor die notwendige Wärmemenge zur Verfügung steht. Auf diese Weise erreicht man einen maximalen Wirkungsgrad für den Brennstoff, jedoch kann dies dazu führen, daß die feuerfeste Ofenauskleidung in der Nähe der Flamme zu hoch erhitzt wird.

Diese Gefahr kann vermieden werden durch Einführung eines Sekundär-Brennstoffes in den Raum oberhalb der Schmelze. Der Sekundar-Brennstoff muß nicht der gleiche sein wie der ursprünglich dem Bad zugeführte Brennstoff und seine Zusammensetzung ist, da er nicht ratt der Eisenschmelze in Berührung kommt, insbesondere hinsichtlich des Schwcfelgehaltes nicht kritisch. Die Verwendung c'.ncn oekundär-BrennstoffevS erfordert selbstverständlich die Einführung; von zusätzlichem Oxydationsmittel in den freien Raum oberhalt der ,Schmelze. Da?? Rtöchiometrische Verhältnis von Sauerstoff zu Brennstoff wird jedoch niedriger gehalten als in Fällen, in v:clchen kein Sekundür-Brennstoff verwendet wird. Dies hat, was

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die Wärmeübertragung betrifft, zwei hauptsächliche Konsequenzen: erstens ist nämlich aufgrund des niedrigeren Anteils an Sauerstoff die Flammentemperatur niedriger und das Risiko eines lokalen Überhitzens der Zustellung des Reaktors wird daher verringert; zweitens ist der gesamte Wärmeübergang durch Strahlung von der Flamme auf das Metallbad ebenfalls geringer. Der letztere Umstand wird allerdings teilweise kompensiert durch den zweiten wichtigen Gesichtspunkt des Wärmeübergangs, der darin besteht, daß aufgrund des größeren Volumens an Gasen, welche durch den Raum oberhalb der Schlackenschicht hindurchstreichen, die Wärmeübertragung durch Konvektion wesentlich erhöht ist.

Wird in den Raum oberhalb der Schlackenschicht kein Sekundär-Brennstoff eingespeist, so werden die den Hochtemperaturreaktor verlassenden Gase weitgehend oxydiert und können daher lediglich dazu benutzt werden, die eingespeisten Stoffe vorzuwärmen und allenfalls noch zur Vorreduktion des Erzes in einem sehr geringen Grad. Die Einführung eines Sekundärbrennstoffes in diesen Raum hat weiterhin den Vorteil, daß dann die den Hochtemperaturreaktor verlassenden Gase nicht nur aufgrund ihres größeren Volumens einen höheren Gehalt an fühlbarer Wärme haben, sondern auch eine beträchtliche Reduktionswirkung aufweisen. Diese Gase dienen vorzugsweise zur Vorreduzierung von Eisenerz, bevor dieses dem Reaktor zugeführt wird.

Da die Anforderungen bei Wärmeübertragung aus einem Gas auf konvektivem Wege im wesentlichen die gleichen sind wie bei der

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Masseübertragung, kann die Vorreduzierung durchgeführt werden in einer Vorrichtung, wie sie auch zur Vorheizung des Erzes auf übliche Weise benutzt wird. Durch Einführung dieser Stufe kann eine 75 $ige Vorreduzktion erreicht werden, d. h. 75 1= des mit dem Eisen in dem Erz verbundenen Sauerstoffes werden bereits entfernt. Praktisch wird dadurch die Kapazität des Hochtemperaturreaktors annähernd verdoppelt, ohne daß dafür zusätzliche Kosten aufgebracht werden müssen, während der entsprechende Anstieg im Durchsatz durch die Vorheizungs- oder Vorreduzierungsvorrichtung sonnt allgemein mit zusätzlichen Kapitalkonten von 50 $> veranschlagt werden muß.

Die Erfindung kann in jedem beliebigen Ofentyp durchgeführt werden. Bevorzugt ist ein Ofen, der um eine bis zu 40° gegen die Horizontale geneigte Achse mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von mindestens 6 Umdrehungen je Minute rotiert, jedoch ist dies kein wesentliches Kennzeichen der Erfindung. In dem Ofen wird eine Schlackenschicht ausgebildet, die eine Temperatur von mindestens 1350° G hat. Eisenerz oder anderes eisenoxydhaltiges Material wird in die Schlackenschicht eingespeist und das kohlenstoffhaltige Material, das fest sein kann, vorzugsweise jedoch flüssig oder gasförmig ist (Kohle, Heizöl oder Erdgas) wird in oder auf die Schlackenschicht eingeführt. Der in diesem Material enthaltene bzw. daraus beim Gracken des betreffenden Kohlenwasserstoffes anfallende Kohlenstoff reduziert das Eisenoxyd zu metallischem Eisen, das sich in einem Sumpf unterhalb der Schlackenschicht abscheidet. Das bei der Reduktion der Eisenoxyde mit der Kohle

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gebildete Kohlenmonoxyd entweicht zusammen mit dem aus dem Cracken der Kohlenwasserstoffe stammenden Wasserstoff aus der Schlackenschicht und die Wärme, welche notwendig ist, um das eingespeiste Erz zu schmelzen, die Reduktion durchzuführen und die Wärmeverluste auszugleichen, wird zugeführt durch Verbrennen dieses Gasgemisches mit einem Oxydationsmittel, das separat in den freien Raum oberhalb der Schlackenschicht eingeführt wird.

Der Ofen ist ausgekleidet mit einer feuerfesten Zustellung und kann von außen wassergekühlt sein, um einen zu starken Angriff der Auskleidung durch die heiße Schmelze zu verhindern.

Ein lokales Überhitzen der feuerfesten Auskleidung in der Fähe der Flamme wird dadurch verhindert, daß man einen Sekundär-Brennstoff in den freien Raum oberhalb der Schmelze einführt, d4r für die notwendige Menge an Wärmeenergie sorgt, wobei man jedoch das Oxydationsmittel im Unterschuß verwendet, so daß die Flaramentemperatur nicht zu hoch wird.

Falls die Abgase aus dem Reaktor als Heiz- und Reduktionsmittel zum Yorreduzieren des Erzes benutzt werden, ist die Mindestgröße der Irzteilchen bestimmt durch die unterste Grenze für den Schwefelgehalt des vorreduzierten Materials, das dem heißen Schmelzbad im Reaktor zugeführt wird. Die Schwefelaufnahme in der Torreduktionsstufe hängt nämlich weitgehend ab von der Oberflächengröße des Erzes und aus diesem Gesichtspunkt heraus sollten möglichst große Teilchen vorhanden sein. Je größer andererseits

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die leuchen sind, umso langer dauert die Vorreduktion und es ist daher wünschenswert, die Mindestgröße zu wählen, bei der sich gerade noch ein akzeptabler Schwefelgehalt in dem vorreduzierten Gut ergibt. Außerdem können mechanische Gesichtspunkte hinsichtlich der zum Vorheizen und Vorreduzieren benutzten Vorrichtung von Einfluß sein auf den anwendbaren Bereich an Teilchengrößen.

Die Menge an Sekundär-Brennstoff, die in den freien Raum über der Schmelze eingeführt wird, kann auf beliebige Weise gesteuert v/erden, z, B. durch Steuereinrichtungen, die in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur der Reaktorauskleidung arbeiten. Diese Temperatur kann durch beliebige Instrumente automatisch gemessen werden und ein von dem Meßinstrument abgegebenes Signal kann dazu benützt werden, ein Ventil in der Zuleitung für den Sekundär-Brennstoff zu betätigen. Palis der Sekundär-Brennstoff der gleiche ist wie der in das Bad eingespeiste Primär-Brennstoff, kann ein Verteilerventil benutzt werden, das in der Hauptzuleitung für den Kohlenwasserstoffbrennstoff eingebaut ist, bevor sich diese verzweigt.

Patentansprüche

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Claims (5)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung von Eisen oder Stahl aus Eisenerzen in einem Ofen mit feuerfester Zustellung, worin das Erz geschmolzen und, die Reduktion durchgeführt wird, während die Schmelzschicht mit einer Schlackennchioht bedeckt ist, durch Einführung eines kohlenstoffhaltigen Materials als Heiz- und Reduktionsmittel und eines Oxydationsmittels in den Ofen, dadurch gekennzeichnet , daß man einen Teil des kohlenstoffhaltigen Materials in das Bad aus geschmolzenem Erz, Eisen und Schlacke einführt, während man einen anderen Teil dieses Materials gemeinsam mit dem Oxydationsmittel oder getrennt davon in den freien Raum über der Schiackenschicht aufgibt, wobei man das Anteilnverhältnis so einstellt, daß die durch Verbrennung des letzteren Teiles des kohlenstoffhaltigen Materials und des aus der Schmelze entweichenden (Jases freiwerdende Wärme dazu ausreicht, im Ofen die Arbeitstemperatur aufrecht zu erhalten, ohne daß dabei die feuerfeste Zustellung so hoch erhitzt wird, daß sie Schaden leidet.

2,. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenstoffhaltige Material ein flüssiger Kohlenwasser stoff -Brennstoff ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder ?., dadurch ι; e k η η η zeichnet, daß dir n.ur dom iieaktor 'entweichenden Gf se x.u^ri Vorreduzieren den Ulrcncrzos in eine".· ^etrMuit ;π "/orrichtmv ν ■·- wendet werden.

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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Vorrichtung zum Vorreduzieren entweichenden Gase dazu benutzt werden, das dem Reaktor zugeführte kohlenstoffhaltige Material und/oder das Oxydationsmittel vorzuwärmen.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Reaktor entweichenden Gase verbrannt werden und daß die so gewonnenen heißen Gase dazu verwendet werden, einen oder mehrere der dem Reaktor zuzuführenden Stoffe vorzuwärmen.

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