DE1533836C - Verfahren zum zweistufigen Kuhlen eines Metallschwamms - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zwei- Schmelzens der auf dem reduzierten Metall niederstufigen Kühlen eines durch Reduktion eines Metall- geschlagene Kohlenstoff in das Metall hineinoxyds mit kohlenstoffhaltigem reduzierendem Gas er- diffundiert und dadurch das Schmelzen desselben haltenen Metallschwamms, bei dem das Reduktions- bei Temperaturen möglich wird, die wesentlich gas vor Eintritt in die Reduktionskammer in einer 5 unterhalb des Schmelzpunktes des reinen Metalls Kühlkammer durch den Metallschwamm geleitet ■ liegen. Wird dem Eisenschwamm im Stahlerzeugungswird. Die Erfindung wird zwar nachfolgend an Hand ofen Kohlenstoff gesondert zugesetzt, so tritt die der zweistufigen Kühlung von Eisenschwamm be- Diffusion nicht in gleichem Ausmaße auf. Das schrieben, das beanspruchte Verfahren ist jedoch Niederschlagen von Kohlenstoff auf den Eisenauch auf die zweistufige Kühlung von durch Re- io schwamm in der Kühlkammer stellt daher eine beduktion anderer Metalloxyde erhaltenen Metall- sonders wirksame Möglichkeit dar, dem für die schwämmen anwendbar. . Stahlerzeugung verwendeten Eisenschwamm Kohlen-

Das beanspruchte Verfahren stellt eine Ver- stoff zuzusetzen.

besserung des aus der USA.-Patentschrift 3 136 623 Obwohl es offensichtlich von Vorteil ist, die Kühlbekannten halbkontinuierlichen Verfahrens zur Her- 15 kammer sowohl zum Kühlen des reduzierten Metalls " stellung von Eisenschwamm unter Verwendung eines als auch zur Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes zu mehrere Kammern umfassenden Systems dar, bei verwenden, treten in der Praxis doch gewisse dem getrennte Mengen des eisenhaltigen Materials Schwierigkeiten auf bei dem Versuch, beide Ziele gleichzeitig behandelt werden. Dieses System umfaßt gleichzeitig zu erreichen. Um mit Sicherheit das im wesentlichen drei Hauptstufen, 1. das Beschicken 20 reduzierende Gas aufspalten und auf dem Eisen- und Entladen der Reaktoren, 2. die Reduktion des schwamm Kohlenstoff niederschlagen zu können, ist Erzes und 3. das Kühlen des reduzierten Erzes. eine verhältnismäßig hohe Temperatur erforderlich, Diese drei Stufen werden nachfolgend der Einfach- bei der das reduzierende Gas und das reduzierte heit halber als Produktionsstufe, Reduktionsstufe und Metall miteinander in Berührung gebracht werden, Kühlstufe bezeichnet. In dem nachfolgend be- 25 während andererseits zum Kühlen des reduzierten schriebenen speziellen System werden zwei Reduk- Metalls die Betriebstemperatur der Kühlkammer vertionsstufen verwendet, und daher sind zur Durch- hältnismäßig niedrig sein sollte,
führung der vorstehend genannten drei Hauptstufen Aufgabe der Erfindung war es nun, ein Kühlinsgesamt vier Kammern erforderlich. Die Kammern verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe es möglich ist, sind so miteinander verbunden, daß während einer 30 den reduzierten Metallschwamm wirksam zu kühlen gegebenen Arbeitsfolge das reduzierende Gas aus und gleichzeitig Kohlenstoff auf dem Metallschwamm einer geeigneten Quelle, im allgemeinen einem zum abzulagern. . .

größten Teil aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff Es wurde nun überraschend gefunden, daß diese bestehenden Gemisch, nacheinander durch die Aufgabe durch ein in bestimmter Weise durchKammer der Kühlstufe, die Kammer der zweiten 35 geführtes neues zweistufiges Kühlverfahren gelöst Reduktionsstufe und die Kammer der ersten Re- werden kann.

duktionsstufe strömt. Die vierte Kammer wird zum Aus den deutschen Patentschriften 173 244 und

Entladen und Neu-Beschicken von dem System ab- 490 409 sind zwar bereits einstufige Kühlverfahren

getrennt. bekannt, bei denen das Gas in einer ersten Stufe auf

Das gesamte System ist mit geeigneten Umschalt- 40 das reduzierte Gut einwirkt und in einer zweiten

ventilen ausgestattet, wobei am Ende jedes Arbeits- Stufe dem weiteren Verfahren zugeführt wird, diese

zyklus die Gasströmung umgekehrt werden kann, so Verfahren sind jedoch nicht in der Lage, die der

daß die Kammer der Kühlstufe zur Kammer der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Doppel-

Produktionsstufe, die Kammer der zweiten Reduk- aufgäbe zu lösen. Das gilt auch für die aus der

tionsstufe zur Kammer der Kühlstufe, die Kammer 45 USA.-Patentschrift 2 900 247 und aus »Stahl und

der ersten Reduktionsstufe zur Kammer der zweiten Eisen«, 52 (1932), Seiten 458 und 459, bekannten

Reduktionsstufe und die Kammer der Produktions- einstufigen Kühlverfahren. Auch bei dem aus der

stufe zur Kammer der ersten Reduktionsstufe wird. deutschen Patentschrift 732 569 bekannten Kühl-

Während einer Reihe von vier Arbeitszyklen arbeitet verfahren handelt es sich um ein einstufiges Kühldaher jede Kammer der Reihe nach in allen vier 50 verfahren, das sich für die Lösung der der yorliegen-

Arbeitsstufen. . den Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe nicht

Der bei einer direkten gasförmigen Reduktion von eignet.

Eisenerz erzeugte Eisenschwamm weist einen un- Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren erwünscht niedrigen Gehalt an Kohlenstoff auf. In den zum zweistufigen Kühlen eines durch Reduktion eines meisten Fällen wird der erzeugte Eisenschwamm zur 55 Metalloxyds mit kohlenstoffhaltigem reduzierendem Herstellung von Stahl verwendet, und wenn der Gas erhaltenen Metallschwamms, bei dem das Re-Kohlenstoffgehalt des Eisenschwamms zu niedrig ist, duktionsgas vor Eintritt in die Reduktionskammer in muß dem im Stahlofen zu schmelzenden Gemisch einer Kühlkammer durch den Metallschwamm geKohlenstoff zugesetzt werden. Bei einem Verfahren leitet wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in der vorstehend beschriebenen Art, bei dem das in 60 der ersten Stufe das reduzierende Gas durch den die Anlage einströmende kohlenstoffhaltige re- Metallschwamm bei einer für die Spaltung eines duzierende Gas zum Kühlen des reduzierten Metalls Teils des im Reduktionsgas enthaltenen Kohlenverwendet wird, kann durch Betrieb der Kühlungs- monoxyds und die Abscheidung von Kohlenstoff auf stufe unter geeigneten Bedingungen ein Teil des dem Metallschwamm ausreichenden Temperatur gereduzierenden Gases unter Erzeugung von Kohlen- 65 leitet wird und daß in der zweiten Stufe zusätzlich stoff aufgespalten werden, der sich auf der Ober- eine Teilmenge des reduzierenden Gases nach Ausfläche des stückigen reduzierten Metalls absetzt. Es tritt aus der Kühlkammer rückgekühlt und im Kreishat sich gezeigt, daß während des nachfolgenden lauf wieder in diese zurückgeführt wird.

Claims (2)

1. Zu Beginn eines jeden Arbeitszyklus in dem vor- dann in einen ersten Kühlturm überführt werden, in stehend beschriebenen Mehrkammersystem weist die dem es weiter abgekühlt wird und damit das Gas Masse des eisenhaltigen Materials in der Kühl- darstellt, das in die Kühl- und Reduzierkammern kammer eine verhältnismäßig hohe Temperatur auf. · eingeführt wird. Diese Gasströmung stellt den Be-Nach. dem beanspruchten Verfahren wird in der 5 ginn eines Arbeitszyklus dar, wenn die oben beersten Kühlstufe das einströmende reduzierende Gas schriebene erste Kühlstufe in der Kühlkammer im wesentlichen mit der Geschwindigkeit in die - durchgeführt wird. Zu dieser Zeit enthält die Kühl-Kühlkammer eingeführt, die erforderlich ist, um die kammer eine Charge eines eisenhaltigen Materials, Kammer der zweiten Reduktionsstufe zu versorgen, - das im wesentlichen aus Eisenschwamm besteht, der wobei das gesamte die Kühlkammer verlassende Gas io jedoch eine kleine Menge Eisenoxyd enthält. Der durch die Masse des eisenhaltigen Materials in der zuvor in zwei Stufen reduzierte, in der Kühlkammer Reduktionskammer der zweiten Stufe geleitet wird. vorhandene ,Eisenschwamm weist etwa die gleiche Während der zweiten Kühlstufe jedes oben be- Temperatur auf wie das eisenhaltige Material der schriebenen Arbeitszyklus wird ein Teil des die Reduktionsstufen, d. h. eine Temperatur von etwa Kühlkammer verlassenden Gases aus dem in die 15 980 bis 1090° C.

   Reduktionskammer geleiteten Strom abgeleitet und Zu Beginn des Arbeitszyklus strömt das rein den Gaseinlaß der Kühlkammer zurückgeführt. duzierende Gas aus dem oberen Teil des ersten Während der ersten Kühlstufe wird daher eine ver- Kühlturmes in den oberen Teil der Kühlkammer und hältnismäßig. schwache Gasströmung verwendet, um von da nach unten durch das Bett des Eisendie Masse des eisenhaltigen Materials auf einer so schwamms. Infolge der in der Kühlkammer herr-Temperatur zu halten, die zur Aufspaltung des re- sehenden hohen Temperatur wird ein Teil des reduzierenden Gases und zum Niederschlagen von duzierenden Gases aufgespalten und auf den Eisen-Kohlenstoff über einen verhältnismäßig langen Zeit- schwammklumpen in Form von Kohlenstoff niederraum hinweg ausreicht. Ist die Temperatur des eisen- geschlagen. Ferner wird ein weiterer Teil der kleinen haltigen Materials in der Kühlkammer unter den 25 Menge an in dem Eisenschwamm vorhandenem Wert abgesunken, bei dem das reduzierende Gas Eisenoxyd reduziert.

   aufgespalten wird, so wird die zweite Kühlstufe in . Von dem unteren Teil der Kühlkammer strömt Betrieb genommen, wobei ein Teil des die Kühl- das reduzierende Gas in einen zweiten Kühlturm, kammer verlassenden Gases gekühlt und in den Der zweite Kühlturm kühlt das reduzierende Gas ab Kreislauf zurückgeführt wird, um die Fließgeschwin- 30 und kondensiert das darin enthaltene Wasser, wodigkeit durch die Kammer zu erhöhen und die · durch aus dem reduzierenden Gas der Wasserdampf Kühlung des eisenhaltigen Materials innerhalb der- entfernt wird, der einen nicht reduzierenden Beselben auf eine Temperatur in der Nähe von Raum- standteil darstellt. Anschließend wird dann das retemperatur zu beschleunigen. duzierende Gas den Reduktionsstufen zugeführt.

   Das günstigste Gasvolumen, das in der zweiten 35 Die Temperatur des Eisenschwammbettes in der Kühlstufe wieder in den Kreislauf zurückgeführt Kühlkammer fällt infolge des durchströmenden Kühlwird, ändert sich je nach der angewendeten Reak- ■ gases ab, bis ein Punkt erreicht ist, bei dem die Auftionstemperatur, der Menge des in der Kammer be- spaltung des Gases und die Niederschlagung von handelten Materials, der Temperatur des wieder in Kohlenstoff auf dem Eisenschwamm aufhört. Bei den Kreislauf zurückgeführten Gases und der Länge 40 etwa dieser Temperatur ist es zweckmäßig, die der Zeit, die zur vollständigen Durchführung der Kühlung des Eisenschwamms zu beschleunigen. Nach Reduktion in den Reduktionskammern erforderlich dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dann die ist. Wenn beispielsweise ein Reduktionszyklus von zweite Kühlstufe eingeleitet, bei der ein Teil des 6 Stunden angewendet wird, so kann die Menge des Gases mit Hilfe eines in eine .Verbindungsleitung in die Kühlkammer wieder zurückgeführten Gases 45 zwischen der Austrittsleitung des zweiten Kühlturmes geringer sein als bei Anwendung eines Reduktions- . und der Gaszuführungsleitung zur Kühlkammer, einzyklus von 4 Stunden, da im ersten Falle mehr Zeit geschalteten Kompressors in die Kühlkammer zuzur Verfügung steht, um die Temperatur des eisen- . rückgeführt wird. Während der zweiten Kühlstufe haltigen Materials in der Reduktionskammer auf die können die Ventile geöffnet werden, um einen begewünschte, verhältnismäßig niedrige Temperatur 50 stimmten Teil des aus dem zweiten Kühlturm einherabzusetzen. Es hat sich nun gezeigt, daß die strömenden gekühlten Gases in die Kühlkammer Menge des in der zweiten Kühlstufe in den Kreislauf zurückzuführen, um dadurch die Menge des durch zurückgeführten Gases so groß sein sollte, daß der diese Kammer strömenden Gases zu erhöhen. Auf Gasstrom durch die Kühlkammer etwa das 1,5- bis "' diese Weise kann der Eisenschwamm auf eine Tem-5fache des Gasstromes in der ersten Kühlstufe be- 55 peratur in der Nähe von Raumtemperatur wirksam trägt. Das dabei bevorzugt angewendete Mengen- abgekühlt werden, selbst wenn die Strömungsverhältnis von Reduktionsgas zu im Kreislauf zu- geschwindigkeit des Gases für eine genügende rückgeführtem Gas beträgt etwa 0,5 :1 bis 4:1. Kühlung nicht ausreicht.

   Das zur Reduktion verwendete Gas kann größtenteils aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff bestehen 60 Patentansprüche: und durch katalytische Umsetzung von Wasserdampf

   mit Erdgas hergestellt werden. Das so erzeugte re- 1. Verfahren zum zweistufigen Kühlen eines

   duzierende Gas kann in einen Wärmeaustauscher durch Reduktion eines Metalloxyds mit kohleneingeleitet werden, in dem ein Teil der Reaktions- stoffhaltigem reduzierendem Gas erhaltenen

   wärme des Gases zum Verdampfen von heißem 65 Metallschwamms, bei dem das Reduktionsgas vor Wasser unter Bildung von weiterem Wasserdampf Eintritt in die Reduktionskammer in einer Kühlverwendet werden kann. kammer durch den Metallschwamm geleitet wird.

   Das teilweise abgekühlte reduzierende Gas kann dadurch gekennzeichnet, daß in der

   ersten Stufe das reduzierende Gas durch \ den. Metallschwamm bei einer für die.Spaltung eines Teils des im Reduktionsgas enthaltenen Kohlenmonoxyds und die Abscheidung von Kohlenstoff auf dem Metallschwamm ausreichenden Temperatur geleitet wird und daß in der zweiten Stufe zusätzlich eine Teilmenge des reduzierenden Gases nach Austritt aus der Kühlkammer rückgekühlt und im Kreislauf wieder in diese zurückgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenverhältnis von Reduktionsgas zu im Kreislauf geführtem Gas in der zweiten. Kühlstufe 0,5 :1 bis 4:1 beträgt.