DE1508162C3 - Verfahren zur direkten kontinuierlichen Stahlgewinnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten kontinuierlichen Stahlgewinnung durch Umsetzung und Reduktion von Erzen, bei dem in einem langgestreckten, mehrere Bahandlungszonen aufweisenden, von festen Mauern umgebenen Ofen für hohe Temperaturen eine geschmolzene Schlackenschicht, welche eine Temperatur von 1650 bis 2000° C aufweist, hindurchfließt, in diese Schicht eine Mischung, von metallhaltigem, schlackebildendem Material und kohlenstoffhaltigem, reduzierendem Material eingeführt und dort im Schwimmzustand gehalten wird und diese Körper schwimmend in und fließend mit der Schlackenschicht über eine so ausgedehnte Strecke aufrechterhalten werden, die die Reduktion ίο des metallhaltigen Materials erlaubt.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Herstellung hochwertiger Stähle und Stahllegierungen, deren verbesserte Eigenschaften als unmittelbare Folge der speziellen Herstellung aus den Erzen zu betrachten sind. Die hier in Betracht kommenden Stähle und Stahllegierungen weisen einen Metallgehalt über 95 °/o auf.

Aus der GB-PS 961 408 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Stahl durch Umsetzung und Reduktion metallhaltiger Materialien bekannt, bei welchem eine geschmolzene horizontale Schlackenschicht in einem langgestreckten, von festen Mauern umgebenen Ofen für hohe Temperaturen aufrechterhalten wird. Der Ofen ist so konstruiert, daß ein horizontales Abfließen der Schlackenschicht gewährleistet ist. Der Schlackenschicht wird dabei laufend ein Einsatzgemisch aus metallhaltigen Stoffen und kohlenstoffhaltigen Reduktionsmaterial sowie Schlackenbildner zugeführt und dort im schwimmenden Zustand gehalten. Die durch Reduktion erhaltenen Metallteilchen setzten sich von der Schlackenschicht ab und vereinigen sich unterhalb der Schlackenzone zu einem Metallbad, welches aus dem Ofen abfließt. Im einzelnen erfolgt die bekannte Reduktion in zwei aufeinanderfolgenden Elektroöfen, wobei dem ersten Elektroofen ein Einsatzgut zugeführt wird, das in einem vorgeschalteten Sinterschritt bis zu etwa 70 Gewichtsprozent vorreduziert wird. Zu diesem Zwecke wird ein Gemisch aus feinen Eisenerzen, Kohlefein und Flußmittel, z. B. Kalk in Form von Pellets, in einer Sintervorrichtung mit heißem Gas und Luft gezündet und als vorreduziertes, heißes Material in das eigentliche Reduktionsverfahren eingegeben. In welcher Form dieses Material die Sinterstufe verläßt und den ersten Elektroofen erreicht, ist nicht angegeben. Aus dem ersten Elektroofen wird eine eisenreiche Schlackenschicht in einen zweiten Elektroofen abgezogen, dort mit weiterem kohlenstoffhaltigem Brennstoff versetzt und weiter reduziert. Aus dem zweiten Elektroofen wird ebenfalls eine Eisenschmelze erhalten, die gemeinsam mit der Schmelze aus dem ersten Ofen in einem Raffinationsofen raffiniert wird.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur direkten kontinuierlichen Stahlgewinnung zu entwickeln, welches ohne irgendein Vorsintern und Vorreduzieren metallhaltige Erze direkt zu verwerten, direkt zu reduzieren und zu raffinieren gestatten sollte, und zwar in einer gegenüber den üblichen Stahlherstellungsverfahren wesentlich kürzeren Gesamtzeit.

Diese Aufgabe wurde gelöst mit einem Verfahren zur direkten kontinuierlichen Stahlgewinnung durch Umsetzung und Reduktion von Erzen, bei dem in einem langgestreckten, jnehrere Behandlungszonen aufweisenden, von festen Mauern umgebenen Ofen für hohe Temperaturen eine geschmolzene Schlakkenschicht, welche eine Temperatur von 1650 bis

2000° C aufweist, hindurchfließt, in diese Schicht eine Mischung von metallhaltigem, schlackebildendem Material und kohlenstoffhaltigem, reduzierendem Material eingeführt und dort im Schwimmzustand gehalten wird und diese Körper schwimmend in und fließend mit der Schlackenschicht über eine so ausgedehnte Strecke aufrechterhalten werden, die die Reduktion des metallhaltigen Materials erlaubt, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Mischung aus pelletisieren Körpern aus gemahlenem, nicht vorreduziertem Eisenerz, vermischt mit kohlenstoffhaltigem, reduzierendem Material, besteht und daß in der an die Reduktionszone anschließenden Raffinationszone des Ofens mittels Lanzen 40 bzw. Füllvorrichtungen 41 in und auf das Metallbad Sauerstoff bzw. Zusatzstoffe eingebracht werden.

Erfiiidungsgemäß wurde gefunden, daß eine geschmolzene eisenreiche Schlacke in einer einfachen kontinuierlichen Kurzzeitreaktion nicht reduzierbar ist und kohlenstoffhaltiger Brennstoff nicht homogen genug mit einer eisenreichen Schlacke vermischt werden kann. Aus diesem Grunde greift die Erfindung auf ein Beschickungsmaterial zurück, welches sich aus Pellets von vermahlenem, metallhaltigem, schlakkebildendem Material, das mit kohlenstoffhaltigem, reduzierbarem Material vermischt ist, zusammensetzt. Die Reduktion erfolgt dabei an der Oberfläche der Pellets, und zwar in der Weise, daß sich die Reduktion von außen nach innen fortsetzt in dem Maße, wie das Pellet abblättert und dabei unumgesetzte Bereiche freilegt. Das einzusetzende Pelletstückgut stellt ein nicht vorreduziertes Material dar, welches lediglich eine physikalische Vorbehandlung erfahren hat (Mischen und Pelletisieren); es besitzt außerdem die zur Umsetzung benötigte stöchiometrische Zusammensetzung. Die Funkton der im Ofen gebildeten Schlacken- und Metallschicht besteht in dem Transport und der kontinuierlichen Fortführung des Verfahrens.

Die erfindungsgemäßen Schlackentemperaturen entsprechen üblichen Temperaturbereichen, wie sie z.B. in der Zeitschrift »Steel Times«, September 1964, Seiten 398 bis 401, genannt sind, wo gleichfalls die kontinuierliche Stahlherstellung in langgestreckten Öfen unter Verwendung einer Schlackenzone erfolgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Stahlgewinnung gestattet die Direktreduktion eisenhaltiger Erze, Minerale, Schlacken usw. und zeichnet sich durch außerordentliche Vorteile gegenüber den üblichen zeitraubenden und kostspieligen Stahlherstellungsverfahren aus. Die Direktreduktion und Raffination erfordert erfindungsgemäß nur einen Zeitraum von einer Stunde. Die speziellen Maßnahmen, d. h. innige Vermischung des Einsatzgutes und Kompaktierung zu pelletisierten Körpern, schaffen Reduktionsbedingungen, die zu hochwertigen Stählen und Stahllegierungen führen.

Das gemahlene eisenhaltige Material wird zunächst zusammen mit dem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel, bevorzugt auch mit geeigneten Fluß- und Bindemitteln, in die Form stückiger pelletisierter Körper, z. B. Briketts, zylindrische Stränge u. dgl., gebracht. Die stückigen pelletisierten Körper sollen eine solche Größe und Form haben und so dicht gepackt sein, daß das metallhaltige Material und kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel in innigem Kontakt bleiben, um eine schnelle Reduktion des metallhaltigen Materials und Freisetzung seiner metallischen Bestandteile zu gewährleisten.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden diese pelletisierten Körper einem von innen beheizten Beschickungsende der Reduktionszone zugeführt, während die Schlackenschicht gleichzeitig zu einem Auslaßende dieser Zone mit Verbrennungsgasen aus diesem Feuerungsbereich fließt. Erfindungsgemäß ist es wesentlich, daß die aus

ίο dem geschmolzenen Erzkörpern gebildete geschmolzene Schlacke den kontinuierlich fließenden Transportträger bildet, welcher darauf schwimmend die pelletisierten Körper trägt und kontinuierlich die pelletisierten Körper von der Einlaßzone zur Auslaßzone bewegt. Die innere Feuerung erfolgt am Einlaß- und Beschickungsteil, weil dieser die Zone mit dem größten Wärmebedarf darstellt und es notwendig ist, die pelletisierten Körper von Umgebungstemperaturen auf 1650 bis 2000° C Reaktionstemperatur zu erhitzen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Reduktionszone oberhalb der Schlackenschicht von innen beheizt und Verbrennungsluft durch Austausch mit Verbrennungsgasen aus dieser Zone vorgeheizt. Um ein rasches und wirkungsvolles Aufheizen auf die Temperatur von 1650 bis 2000° C für die Reaktion zu erreichen, ist es vorteilhaft, die Verbrennungsluft hierfür vorzuheizen, so daß die Verbrennung des Brennstoffes dann den Rest der zur Erreichung einer Temperatur von etwa 2000 bis 2200° C der Verbrennungsgase erforderlichen Wärme liefert.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, Sauerstoff unter Ausnutzung anfallender Wärme zu erzeugen, die aus den aus dem Ofen entfernten Verbrennungsgasen gewonnen wird, und diesen Sauerstoff in die Feuerungsatmosphäre im Ofen einzuleiten. Es ist vorteilhaft, eine Sauerstoffanreicherung der Verbrennungsluft über ihren Normalgehalt von 20 °/o hinaus vorzunehmen, um die für die Verbrennungszone erforderliche hohe Temperatur zu erreichen. Außerdem dient Sauerstoff der Raffination des reduzierten Eisen zu dem angestrebten Stahlprodukt. Dieser Sauerstoff kann am wirtschaftlichsten unter Wiedergewinnung und Ausnutzung der überschüssigen Schornsteingaswärme aus den Verbrennungsgasen erzeugt werden, nachdem diese den Ofen verlassen haben. Die Wärmerückgewinnung aus den Abgasen des Ofens zur Vorheizung der Verbrennungsluft und Energielieferung für die Sauerstoffanlage verbessert die Wärmewirtschaftlichkeit des Verfahrens erheblich.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird es bevorzugt, Sauerstoff und Flußmittel in das Metallbad in der Raffinationszone von oben abwärts einzuleiten.

Die Verwendung einer zusätzlichen Raffinationszone als Verlängerung der Reduktionszone stellt eines der Prinzipien der Erfindung dar, welches eine Folge von Erzreduktion zu Metall und nachfolgender Raffination zu dem gewünschten Material in einem einzigen kontinuierlichen Verfahrensgang und einer Vorrichtung gestattet, wodurch die Güte des fertigen Produktes stark verbessert und die Reduktionskosten gesenkt werden. Um diese Raffination und Legierung des fertigen Produktes zu bewerkstelligen, ist es erwünscht, Sauerstoff und Flußmittel von oben abwärts in das Metallbad einzuleiten.

Erfindungsgemäß wird es besonders bevorzugt, daß die Schlackenschicht und das Metall kontinuierlich durch die Reduktions- und Raffinationszone fließen und getrennt aus der Raffinationszone abgezogen werden. Der kontinuierliche Fluß von geschmolzener Schlacke und Metallschicht ist wünschenswert, weil hierdurch eine kontinuierliche Bewegung des Beschickungsmaterials (d.h. der pelletisierten Körper, welche Metall und Schlacke bilden) vom Punkt des Eintritts zum Punkt des Auslasses gewährleistet wird; außerdem wird eine kontinuierliche Selbstreinigung des Systems durch kontinuierliches Entladen von Schlackematerial aus dem Erz und kontinuierliches Neuaufbauen reiner Schlacke aus dem eintretenden pelletisierten Erz erreicht. Die geschmolzene Schlacke dient als Schwimmedium für die pelletisierten Körper, um sie sowohl aufzuheizen als auch aus dem Bereich des Beschickungseinlasses fortzubewegen. In der Raffinationszone dient die geschmolzene Schlacke als Schutzdecke, um das geschmolzene Metall abzudecken und es vor den Verbrennungsabgasen während der Raffinationsperiode zu schützen.

Wie bereits betont, ist es wichtig, daß die pelletisierten Körper ihren Zusammenhalt während des Zeitraums des Erhitzens und der Reaktion behalten, so daß Erz und Reduktionsmittel in innigem Kontakt miteinander bleiben und die Reduktion des Eisenoxids durch das Reduktionsmittel erfolgen kann. Um diesen Zusammenhalt zu sichern, wird es bevorzugt, ein Bindemittel in den pelletisierten Körpern zu verwenden, das das Erz und Reduktionsmittel unter den scharfen thermischen Bedingungen zusammenhält. Daneben wird ein Flußmittel verwendet, welches die Gangart des Erzes in die geschmolzene flüssige Schlacke verwandelt, so daß diese ihre erfindungswesentlichen Funktionen erfüllen kann, und eine leichte Trennung von Gangart und Metallprodukt bewirkt. In den Zeichnungen ist

F i g. 1 eine allgemeine graphische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung teilweise in Form eines Fließdiagramms,

Fig.2 ein längsvertikaler Schnitt durch die Mitte des Ofens,

• F i g. 3 und 4 Schnitte durch die Linien 3-3 bzw. 4-4 von F i g. 2,

F i g. 5 eine Ansicht wie F i g. 2 mit einer abgewandelten Ofenform und

F i g. 6 ein Draufsichtsquerschnitt durch die Linien 6-6 der F i g. 5.

Der mit 10 bezeichnete Ofen in F i g. 1 besteht aus geeigneten feuerfesten Wänden und ist in länglicher Form konstruiert, so daß die Verbrennungskammer 11 in einem typischen Beispiel sich 18 bis 30 m zwischen dem Einlaß 12 und dem Verbrennungsgas-Abzugskanal oder -Auslaß 13 erstreckt. Die Deckenmauer 14 des Ofens fällt zu e^!nem Ablaß- und Trennungsbecken 15 hinter Überlaufkörper 16 und Ofenendmauer 17 hin ab. .

Das stückige metallhaltige Material, mit dem die Ofenzone Z1 gespeist wird, trennt sich in eine obere Schlackenschicht 18 und eine untere Metallschicht 19, wobei die erstere über Wallstem 35 fließt, um teilweise durch Schlackenabzug 38 abgelassen zu werden und teilweise durch die Raffinationszone Z 2 weiterzufließen und schließlich über Überlaufkörper 16 in das Becken 15 zu fließen, von wo aus die Schlacke kontinuierlich oder diskontinuierlich durch Auslaß 20 in Pfannenbehälter 21 oder einen anderen Behälter abgelassen wird. Die metallische Schicht 19 unterfließt den Damm 35 zur Zone Z 2 zwecks Raffination, z. B. mit Sauerstoff, Flußmitteln und Zusätzen nach geregelten Anforderungen, und überfließt schließlich Überlaufkörper 16, um sich im Becken 15 zu sammeln, von wo das Material kontinuierlich oder diskontinuierlich durch Abfluß 23 in Pfanne 24 oder eine andere Vorrichtung abgelassen wird.

ίο Die eisenhaltigen oder Eisen und Nichteisenmetalle im Gemisch enthaltenden Materialien, die typischerweise dem System durch die Aufgabevorrichtungen M zugeführt werden, können in ihrem Gehalt in einem weiten Bereich variieren, von niedrigen Gehalten, wie etwa 1 °/o Nickel oder 25 °/o Eisen, bis zu hochprozentigen Erzen oder anderen Metallquellen, wie 48 % Chromoxiderzen, Quebec-Magnetit, Hammerschlag mit 65 bis 70 °/o Eisengehalt oder 48°/oigem manganhaltigem Material.

ao Die Beschickung wird zu einer geeigneten Mischungsund Zerkleinerungsvorrichtung gebracht, im Fließbild mit 26 bezeichnet, in welcher das Material bis zu einer Korngröße, vorzugsweise im Bereich von 0,15 bis 2,00 mm, zerkleinert wird. In die Mischungs- und Zerkleinerungsanlage können auch geeignete Bindemittels und FlußmittelF eingeführt werden, welche das gekörnte Material binden und den Schmelzfluß der Schlacke 18 im Ofen bilden. Wegen ihrer niedrigen Kosten werden Flußmittel, wie Zuschlagkalkstein, Dolomit, Flußspat und Glasscherben, z. B. calciumhaltiges gemahlenes Flaschenglas, bevorzugt. Das Flußmittel passiert die Mischungs- und Zerkleinerungsvorrichtung 26, um eine dem zerkleinerten Erz vergleichbare Korngröße zu erhalten. Als Reduktionsmittel I sollen geeignete kohlenstoffhaltige Materialien C, wie Kohle, Petroleum, Koks, reiner Kohlenstoff oder natürlich vorkommendes Bitumen, verwendet werden, welche gemahlen und mit den metallhaltigen Materialien und den Flußmitteln durch die Zulieferung zu Stufe 26 gemischt werden. Zerkleinerte Kohle oder Koks können auch über Leitung 27 zur Verbrennung in Ofenzone 11 eingeführt werden, öl oder Gas können zusätzlich oder wahlweise als Brennstoffe verwendet werden.

Um die richtige Beschaffenheit der herzustellenden pelletisierten Körper zu sichern, wird in der Regel auch ein Bindemittel B verwendet, welches entweder organischer und/oder anorganischer Zusammensetzung sein kann. Beispiele für organische Bindemittel sind Teer, Asphalt, Harze, Pulpenmühlenabfälle, Abfallpolymerisate, Melassen, Stärken, Steinkohlenteer und Natur-Bitumen. Typische anorganische Bindemittel sind Kaolinlehm, Montmorillonit, Schlacke, Portlandzement, Kalk, Fullererde, Rückstände aus Wasserenthärtern und Magnesiumoxychlorid. Wenn erforderlich, kann das Bindemittel die Mahlstufe 26 passieren, worin die Bestandteile der pelletisierten Körper gründlich und gleichmäßig gemischt werden, um dann zu einem Pelletformer 28 übergeführt zu werden.

Die hergestellte Mischung kann insbesondere zu pelletisierten Körpern in Brocken- oder Brikettform umgewandelt werden, indem sie die Brikettierwalzen 29 passiert, welche die Materialien zu Formkörpern geeigneter Größe und geeigneten Inhalts verdichten, d. h. im Bereich von etwa 16,4 bis 818 cm³.

Die pelletisierten Körper 30 werden zur Förder-

vorrichtung 31 gebracht, die in einem Gehäuse 32 arbeitet und die die pelletisierten Körper bei 33 in die Schlackenschicht 18 abladet. Falls erwünscht, können die pelletisierten Körper vorgeheizt werden, z. B. durch heiße Luft, die in dem Förderrohr 32 a zirkuliert.

Durch Überprüfung der Dichte der pelletisierten Körper und kontrollierten Fluß, kann man die Dichte und Viskosität der Schlackenschicht 18 so halten, daß die pelletisierten Körper unter teilweisem Auf- und Untertauchen in der geschmolzenen Schlacke schwimmen. Beim Eintritt in die Reduktäonszone Zl mit 1650 bis 2000° C Schlackentemperatur erfahren die pelletisierten Körper rasche Erwärmung mit entsprechender rascher Reduktion ihres metallischen Materials.

Schnelligkeit und Gleichmäßigkeit des Flusses ergeben sich auch aus der hohen Schlacken- und Strahlungswärme und aus der innigen und gleichmäßigen Verteilung des Flußmittels in den pelletisierten Körpern. Die letzteren werden durch die Schlacke und in der Schlacke getragen, während diese durch die Reduktionszone Zl fließt, und auf diesem Wege werden die pelletisierten Körper fortschreitend kleiner, und zwar in einer Weise, die etwa einer Abblätterung und einem Abtragen ähnelt, bis zur vollständigen Auflösung und Schmelze vor Verlassen dieser Zone. Ein Effekt, dessen Auftreten man an der Oberfläche der pelletisierten Körper beobachtet hat, ist die Bildung kleiner metallischer Tröpfchen oder Perlen, welche sich von dem pelletisierten Körper abtrennen und in die Schlackenschicht übergehen. Zur Zusammenballung und Abtrennung des Metalls wird die Dichte der pelletisierten Körper geregelt, und der Fluß der Schlackenschicht wird auf eine Dichte eingestellt, die ein Schwimmen der pelletisierten Körper unter teilweisem Auf- oder Untertauchen gestattet, wobei die Viskosität der Schlacke ausreichend niedrig ist, daß die metallischen Tröpfchen durch ihre größere Dichte bei der Abtrennung von den pelletisierten Körpern in die untere Schicht 19 absinken und sich dort zusammenballen.

Die Reduktions- und Raffinationsstufen schließen die Arbeitsweise und Wirkungen der Ofenreduktionszone Zl und der Raffinationszone Z 2 ein, welche in offener Verbindung miteinander stehen. In der Reduktionszone sammeln sich die nichtmetallischen Rückstände als eine vergleichsweise dicke oder schwerflüssige Schlackenschicht 18, die man durch die Höhe des Überlaufdammes 35 regulieren kann. Ein Hauptzweck der Einhaltung der größeren Schlackentiefe in Zone Z1 besteht im Aufrechterhalten des notwendigen Schwimmens und der Menge der pelletisierten Körper und um die Hitzespeicherung des Schlackenwärmemediums zu sichern, damit die Reduktion des metallhaltigen Materials in den pelletisierten Körpern 30 gewährleistet ist.

Der oberste Teil der Schlackenschicht überfließt den Überlaufdamm 35 in geeignete Vorrichtungen, um den Schlackenstrom teilweise aus dem Ofen zu entfernen. Ein typisches Beispiel dafür enthält eine feuerfeste Wand durch Bildung* mit dem Damm, welche sich über die Breite der Zone Zl durch 36 erstreckt und deren Boden gewissermaßen als Abzugskanal 37 eingerichtet ist, welcher durch die eine Seite des Ofens hindurchgeht zum Ablassen der Schlacke durch die Ausgußschale 38 in eine geeignete Pfanne oder andere Vorrichtung, wobei der Abfluß geeigneterweise durch die Klappe oder das Absperrventil 381 geregelt wird. Die untere Metallschicht 19 unterfließt den Damm und die Schlackenabzugsänordnung, um durch die Raffinationszone Z 2 weiterzufließen und den Damm 16 zur endgültigen Trennung und Gewinnung an Auslaß 23, wie schon beschrieben, zu überfließen. Der Schlackenabzug zwischen den Zonen läßt eine restliche relativ dünne Schlackendecke 18 a über der weiterfließenden Metallschicht 19 α zurück, wobei die Dicke der Schlackenschicht 18 a ausreichend sein muß, um Verunreinigungen bei der Raffination aufzunehmen und zu entfernen und das darunterliegende Metall vor Verunreinigungen oder anderen schädlichen Einflüssen, wie z. B. der Berührung mit den Verbrennungsgasen, die in Schornstein 13 gehen, zu schützen, wobei aber die Schlackenschicht dünn genug bleibt, um die Einführung der Mittel und Stoffe in die Metallschicht zu gestatten, die zur Kontrolle oder

ao als Ergänzung für die endgültige Zusammensetzung des Metalls, wie es am Auslaß 23 gewonnen wird, erwünscht sind. Die Schlacken- und untere Metallschicht fließen kontinuierlich durch den Ofen, abgesehen von dem Zwischenabzug der Schlacke, und sowohl Schlackenschicht 18 a als auch Metallschicht 19 α überfließen den Damm 16 zur Trennung in und Gewinnung aus Becken 15.

Die Behandlung der Metallschicht in der Raffinationszone dient dem Zwecke der Reinigung des Me- tails von einer Zusammensetzung, die im wesentlichen in der Reduktionszone Zl entstand, oder der Einverleibung von Kohlenstoff oder anderer Legierungszugaben in das Metall oder irgendeiner Kombination dieser Zwecke.

Zur Reinigung von Verunreinigungen, die durch Oxydation umzuwandeln und aus dem Metall entfernbar sind, wird Sauerstoff durch an sich bekannte Arbeitsweisen eingeführt, wie z. B. Einblasen von Sauerstoff durch einen oder mehrere Kanäle oder Lanzen 40, die entweder quer oder längs oder in beiden Richtungen zur Raffinationszone angeordnet sind und welche gewöhnlich durch die Decke des Ofens gegen Ende der Beschickung in die Zone hineinragen. Die Sauerstofflanzen können z. B. von der später beschriebenen Sauerstofftrennungsanlage unter dem notwendigen Druck mit Sauerstoff versorgt werden. Entsprechend bekannten Sauerstoffzuführungstechniken kann der Sauerstoff durch die Lanzen 40 abwärts gegen die Oberfläche der Schlackendecke 18 a geblasen werden, mit ausreichender Geschwindigkeit, um die Schlacke örtlich zu verschieben und so direkte Sauerstoff-Metall-Kontaktberührung und das Eindringen von Sauerstoff in das geschmolzene Metall zu gestatten. Auch können die Lanzen geeignet angeordnet sein, um vertikal geregelt zu werden und durch die Schlackenschicht in das darunterliegende Metall einzudringen, so daß der Sauerstoff direkt in das Metall eingeführt wird. Abhängig von den Arbeitsbedingungen und erwünschten Oxydationswirkungen, besonders unter Berücksichtigung der möglichen Zugabe von Zusatzstoffen, folgt natürlich, daß die Stellung der Lanze zeitweise über oder aber unter die Schlackenschicht und direkt in das Metall verstellt werden kann. Die Sauerstoffblasbewegung vermischt auch die Schlacke mit dem Metall, wodurch die Entfernung der bei der Raffination entstehenden Verunreinigungen bewirkt wird.

Nimmt man z. B. eine Sauerstoffbehandlung des

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9 ίο

Metalls in der Raffinationszone von 30 Minuten an, notwendige Wärme und Energie für das Betreiben

so kann die Sauerstoffabgabe durch die Lanzen z. B. einer konventionellen Lufttrennungsanlage 471, die

etwa 56,7 m³ pro Tonne Metallprodukt bei einer den für die Brennstoffversorgung und andere Zwecke

Überschallblasgeschwindigkeit von etwa 365 bis 457 benötigten Sauerstoff produziert. Der produzierte

Metern pro Sekunde betragen. 5 Sauerstoff wird über Leitung 49 direkt oder indirekt

Zugaben wie Kohlenstoff zur Herstellung einer be- in die Ofenverbrennungs- oder Flammenzone gelei- , stimmten Metallzusammensetzung, z. B. der eines tet, indem entweder die Brenner 48 oder direkt die Stahles mit genau kontrollierbarem Kohlenstoffge- Verbrennungsatmosphäre damit gespeist werden, halt, mit oder ohne Legierungszugaben wie Nickel, Wenn Vorbeheizen der Kontaktstücke erwünscht ist, Chrom, Mangan und ähnliche, und Flußmitteln wie io kann ein Teil des Luftstromes von Leitung 47 durch Kalk, Kalkstein, Fluorit usw. können geeigneterweise Mantel-Förderrohr 32 α geführt werden. Die Sauerdem Metall'in der Raffinatipnszcne zugegeben wer- Stoffproduktion kann auch die Lanzen 40 über Leiden, z. B. von der Füllvorrichtung oder den Füllvor- tung 50 speisen. Die abgewandelte Form der Erfinrichtungen 41, die bei 42 entweder direkt auf oder in dung, die in Fig. 5 und 6 gezeigt wird, ist der bedie Schlackenschicht 18 a entladen werden können; 15 schriebenen Ausführungsform generell ähnlich, oder der Zusatz kann, wie durch die durchbrochenen außer Querveränderungen in den relativen Maßen Linien 42a dargestellt, bis unter die Schlackenschicht für die Reduktions- und Raffinationszonen,
und direkt in das Metall 19 a durchgeführt werden. Wo sich die Merkmale gleichen, wurden die giei-Die Länge der Raffinationszone hinter der Zugabe- chen Numerierungen verwendet. Hier wird die Konstelle von Sauerstoff und Zusatzstoffen bis zum 20 figuration der Reduktionszone Zl mit der gleichen Überlaufdamm 16 muß ausreichen, um die Gleichmä- Form und Bemaßung wie in F i g. 2 gezeigt, aber in ßigkeit der endgültigen Metallzusammensetzung zu der Fortsetzung verjüngt sich der Ofen in der Quersichern, wie sie durch solche Oxydations- und Zu- ausdehnung bei 48 zu den Wänden 49 hin, die eine satzstoffzugaben geregelt wird. . relativ engere Raffinationszone Z 2 begrenzen, wie es

In Anbetracht aller Gesichtspunkte werden Form 25 durch den Zwischenabzug eines beträchtlichen

und Breiten- und Längenmaße des Ofens so festge- Schlackenvolumens aus der Reduktionszone gestattet

setzt, daß genügend Verweilzeit für die Reduktions- werden kann. So verengt, kann die Raffinationszone

und Raffinationsvergänge im Hinblick auf die metal- am besten Sauerstoff und Zusatzstoffe bei Längs-

lische Beschickung und den Durchgang gegeben ist. Intervallen aufnehmen. Dieselben Gesichtspunkte wie

Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfin- 30 zuvor gelten für die relative Bemaßung der beiden

dung z. B. hat der Ofen die gleiche Breite für die Re- Zcnen zwecks angemessenen Schlacken- und Metall-

duktionr- und Raffinationszone. In der Länge sind verweilens und für angemessene Reduktions- und

die Maße der Zonen relativ variierbar, entsprechend Raffinationszeiten.

den für ihre Reduktions- und Raffinationsfunktionen In den F i g. 5 und 6 überfließen die Schlackenbenötigten Zeiträumen. Verweilzeit für die pellet!- 35 und raffinierte Metallschicht 18 a und 19 a den sierten Körper, Schlacke und Metall in der Reduk- Damm 50 durch seine Aussparung 51 in ein Trenntionszcne Z1 soll 30 Minuten nicht überschreiten, becken 52, von wo die schwimmende Schlacke einen jedoch wesentlich kürzer sein kann in Abhängigkeit Damm 53 in ein zweites Becken 54 überfließt, um von der Temperatur und anderen Faktoren; Maße mit geeigneter Geschwindigkeit durch Auslaß 55 in und Ausdehnung der Zone werden entsprechend be- 40 Pfanne 56 oder eine andere Vorrichtung abgelassen stimmt. Die anschließende Raffinationszone kann zu werden. Die untere Metallschicht 19 α im Becken mit größeren oder kleineren Ausmaßen festgesetzt 52 wird in ähnlicher Weise durch Auslaß 57 in werden, abhängig von den gleichen Gesichtspunkten, Pfanne 58 oder eine andere Vorrichtung abgezogen, die für die Anforderungen der Raffination des Me- Wie man verstehen kann, können die Bodenabtalls gelten. 45 schnitte des Ofens in einer oder beiden Zonen Z1

Auch wird erwogen, daß die das Metall aufneh- und Z 2 im wesentlichen flach sein, wobei die Metall-

mende Bodenkonstruktion des Ofens für verschie- schichttiefen gleichmäßig sind, oder die Zonenböden

dene Verteilung der Metalltiefe quer durch die Zo- können wie zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 3

nen angelegt werden kann, indem man z.B. dem und4 beschrieben ausgekehlt sein.

Ofenboden eine bestimmte Form gibt oder wannen- 50 Ebenfalls in Fig.5 und6 wird ein abgewandelter

förmige Anordnungen bei 45 und 46 (F i g. 3 und 4) Typ der Beschickung in die Reduktionszone gezeigt,

einbaut, um die Tiefe der Metallschicht bei entweder die so berechnet ist, daß die gleichmäßige Verteilung

einer oder beiden mittleren Querausdehnüngen der der pelletisierten Körper in die geschmolzene

Zonen zu konzentrieren. Schlacke quer über die geschmolzene Zone aufge-

Um die Verbrennungsluft des Ofens vorzuheizen 55 bracht wird. Hier gleiten die Körper 30 durch die

und die Sauerstoffversorgung zu liefern, können die Leitung 60 von Brikettierrollen wie in Fig. 1 auf ein

heißen, durch Abzugsrohr 13 entnommenen Ver- endloses Förderband 61 auf der Ofenseite des Ab-

brennungsgase des Ofens anschließend durch einen stoßbleches 62, welches die pelletisierten Körper

oder mehrere Luflvorheizer 43 und einen oder meh- gleichmäßig von dem Förderband über die Ofenbe-

rere Wärmeaustauscher 44 der Sauerstoffanlage ge- 60 schickungsanlage 63 in die Schlackenschicht. 18

, führt werden. Die Verbrennungsluft des Ofens wird lenkt. Die Beschickungsöffnung 63 wird durch die

durch das Gebläse 45 über Leitung 46 eingeführt, Ofenwand 64 ausreichend gestutzt, um den freien

und im indirekten Wärmeaustausch mit den Verbren- Fluß der pelletisierten Körper in den Ofen zu gestat-

nungsgasen im Austauscher 43 wird die vorgeheizte ten, während die Kammer 65 gegen die Konvektions-

Luft von dort über Leitung 47 zur Verwendung als 65 und Strahlungstemperaturen in der Reduktionszone

primäre und sekundäre Luft für geeignete Brenner, Z1 abgeschirmt wird. .

graphisch dargestellt bei 48, weitergeleitet. Die War- Im folgenden werden einige Beispiele für zu redu-

raeaustauscher 44 der Sauerstoffanlage liefern die zierende Materialien genannt: Chromerz, Nickelerz,

11 12

Hammerschlag, Eisensande, Manganerz. Vanadiumerz, Molybdänerz, Magnetitkonzentrat, Bauxitschlamm, Limonit, Nickelsaprolit, Nickellaterit, Hämatit.

Der Gehalt an kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel der pelletisieren Körper hängt natürlich von dem zu reduzierenden metallhaltigen Material ab, wird jedoch im Überschuß von 25 bis 100% zu der stöchiometrisch benötigten Kohlenstoffmenge verwendet. Der Bindemittelgehalt kann z. B. zwischen 5 und 25 Gewichtsprozent schwanken, abhängig von dem verwendeten Bindemittel, und das Flußmittel kann von 0 bis 50 ⁰Zo schwanken, abhängig von Gangart und metallhaltigem Material und den erwünschten Schlackeneigenschaften.

Im folgenden sind einige Analysen für Ausgangsmaterialien, die Zusammensetzung der pelletisieren Körper, Produktanalysen und Ausbeuten neben Umsetzungs- oder Schlackentemperaturen angegeben:

Beispiel I

Bestandteil pelletisierter Körper

Gewichtsprozent

Eisenoxid 42,7

Chromoxid 11,2

Nickeloxid 4,57

Kohle 31,2

Bindemittel (Lehm) 10,33

Reduktionszonenprodukt — Temperatur der Schlackenschicht 1628° C

Gewichtsprozent

Eisen 71,67

Silicium 1,12

Chrom 17,4 Schlacke—Fluorit

Nickel 8,90

Kohlenstoff 0,91 Metallgewinnung 98 %

100,00

Raffinationsstufe —_: 30 Minuten Verweilzeit Sauerstoffstrom — 3200 g/ccm/Tonne Produkt bei etwa 457 m/sec Lineargeschwindigkeit

Produkt: Rostfreier Stahl

Gewichtsprozent

Eisen 72,89

Chrom 18,65

Nickel 8,35

Kohlenstoff 0,11

100,00

Beispiel II

Bestandteil pelletisierter Körper

Gewichtsprozent

Eisenoxid 49,0

Chromoxid 9,2

Kohle 27,0

Bindemittel 14,8

100,00 Produkt der Reduktionszone —-Temperatur der Schlackenschicht 1683° C

Gewichtsprozent

_s Eisen 83,75

Silicium ............ 0,86

Chrom 14,7 Schlacke —

Flaschenglas

Kohlenstoff 0,69 Metall- . ;

ausbeute 98%

100,00

Raffinationsstufe — 30 Minuten Verweilzeit Sauerstoff strom — wie im Beispiel I Zusatzstoffe — Nickel und Molybdän zu folgenden Gehalten

Produkt: korrosionsbeständiger Gußstahl

Gewichtsprozent

Eisen 83,45

Chrom 15,3

Nickel 0,5

Molybdän 0,5

Kohlenstoff 0,25

100,00

Beispiel III Bestandteil pelletisierter Körper

Gewichtsprozent

Erz (Nickeleisen) 58,82

Kohle 23,53

Bindemittel 18,65

100,00

Produkt der Reduktionszone — Temperatur der Schlackenschicht 1600° C

Gewichtsprozent

Eisen 76,24

Nickel 18,22 Schlacke —

Flaschenglas

Silicium 3,5 Metallausbeute 93%

Kohlenstoff 2,04

100,00

Raffinationsstufe — 30 Minuten Verweilzeit Sauerstoff strom — wie im Beispiel I Zusätze — Chromeisen zur folgenden Zusammensetzung

Produkt: Rostfreier Stahl Typ HH Gewichtsprozent

Eisen 61,80

Chrom . < 25,77

Nickel 12,43

100,00

Beispiel IV Bestandteil pelletisierter Körper

Gewichtsprozent

25 % Eisenerz 45,98

Kalkstein 32,18

Kohle 17,24

Bindemittel 4,60

100,00

13 14

Produkt der Reduktionszone —- Raffinationsstufe — 30 Minuten Verweilzeit

Temperatur der Schlacke 1600° C Sauerstoffstrom — wie im Beispiel I

_ . , Zusätze — Maneaneisen zur folgenden Zusammen-

Gewichtsprozent ^b °

_. ca nc Setzung

Eisen 94,76 ₅

^SiIicium ·.···· ²'^{50 Met} _u ^a11- _no / Produkt: Formstahl

ausbeute 9 8 °/o

Kohlenstoff. 2,22 Gewichtsprozent

Kupfer 0,024 ■ Eisen 98,78

Titan 0,2 ^Kohlenstoff 0,40

Mangan 0,27 Mangan 0,80

Chrom 0,01 Chrom 0,01 Formstahl

Nickel ........: 0,01 Nickel 0,01

. 100,00 "100,00

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur direkten kontinuierlichen Stahlgewinnung durch Umsetzung und Reduktion von Erzen, bei dem in einem langgestreckten, mehrere Behandlungszonen aufweisenden, von festen Mauern umgebenen Ofen für hohe Temperaturen eine geschmolzene Schlackenschicht, welche eine Temperatur von 1650 bis 2000° C aufweist, hindurchfließt, in diese Schicht eine Mischung von metallhaltigem, schlackebildendem Material und kohlenstoffhaltigem, reduzierendem Material eingeführt und dort im Schwimmzustand gehalten wird und diese Körper schwimmend in und fließend mit der Schlackenschicht über eine so ausgedehnte Strecke aufrechterhalten werden, die die Reduktion des metallhaltigen Materials erlaubt, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus pelletisierten Körpern aus gemahlenem, nicht vorreduziertem Eisenerz, vermischt mit kohlenstoffhaltigem, reduzierendem Material, besieht und daß in der an die Reduktionszone anschließende Raffinationszone des Ofens mittels Lanzen (40) bzw. Füllvorrichtungen (41) in und auf das Metallbad Sauerstoff bzw. Zusatzstoffe eingebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese pelletisierten Körper einem von innen beheizten Beschickungsende dieser Reduktionszone zugeführt werden und die Schlackenschicht gleichzeitig zu einem Auslaßende dieser Zone mit Verbrennungsgasen aus diesem Feuerungsbereich fließt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktionszone oberhalb der Schlackenschicht von innen beheizt und Verbrennungsluft durch Austausch mit Verbrennungsgasen aus dieser Zone vorgeheizt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff unter Verwendung anfallender Wärme, die von den aus dem Ofen entfernten Verbrennungsgasen gewonnen wird, erzeugt und dieser Sauerstoff in die Feuerungsatmosphäre im Ofen eingeleitet wird.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff und Flußmittel in das Metallbad in der Raffinationszone von oben abwärts eingeleitet werden.

6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlackenschicht und das Metall kontinuierlich durch die Reduktions- und Raffinationszone fließen und getrennt aus der Raffinationszone abgezogen werden.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese pelletisierten Körper auch ein Bindemittel und Flußmittel enthalten.