DE1542305A1

DE1542305A1 - Verfahren zur Durchfuehrung endothermer Reaktionen im Drehrohrofen

Info

Publication number: DE1542305A1
Application number: DE19651542305
Authority: DE
Inventors: Heitmann Dipl-Ing Guenter
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1965-06-23
Filing date: 1965-06-23
Publication date: 1970-04-30
Also published as: NO117745B; US3667933A; NL6608641A; BE682904A; GB1098157A

Description

METALEGIA Prankfurt/Μ., den 16.9.1969

Aktiengesellschaft DrOz/tPfä Frankfurt (Main)

Prov.Nr. 4668 P 15 42 305.9

Verfahren zur Durchführung endothermer Reaktionen im

Drehrohrofen

Viele endotherme Feststoffreaktionen werden im Drehrohrofen so durchgeführt, daß der zu behandelnde Feststoff mit der Korngrößenverteilung, wie er vorliegt oder bei der Zerkleinerung anfällt, d.h. ohne vorherige besondere Klassierung oder Agglomerierung, dem Drehrohrofen aufgegeben werden. Dies gilt z.B. für die magnetisierende Röstung von Eisenerzen, für die direkte Reduktion von Eisen- und/ oder Nickelerzen zu Eisenschwamm bzw. Nickelschwamm und für den Aufschluß von Phosphaten mit Soda oder Sodaschlacke und für die Behandlung von zinkhaltigen Rückständen, z.B. nach dem Wälzverfahren. Dabei eilen im allgemeinen die grobkörnigen Anteile der Beschickung während der Ofenreise den feinkörnigen voraus, was vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit höchst unerwünscht ist, weil gerade die grobkörnigen Anteile eine längere Verweilzeit für die Beendigung der durchzuführenden Reaktion brauchen als die feinkörnigen. Man muß daher die Durohsatzgeschwindigkeit nach der kürzesten Verweilzeit, d.h. der Verweilzeit

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der gröberen Anteile einstellen, wodurch die feinkörnigen Anteile unnötig lange im Ofen bleiben, so daß dessen Kapazität nioht gut ausgenutzt wird_o Außerdem tritt bei vielen dieser Reaktionen, insbesondere bei der direkten Reduktion feinkörniger Eisenerze zu Eisenschwamm, die weitere Schwierigkeit auf, daß die Ofenbeschickung während des Reduktionsvorganges einen Zustand durchläuft, in dem sie besonders stark zum Zusammenkleben neigt, auch wenn die Temperatur unterhalb der Schmelz- bzw. der Erweichungstemperatur der eingesetzten Erze und Kohle gehalten wird. Die teilreduzierten Erzpartikel agglomerieren in diesem Zustand, der gewöhnlich bei einem Reduktionsgrad entsprechend etwa 20 bis 50 $iger Metallisierung auftritt, in sich und schließen dabei auch Kohle und andere Beschickungskomponenten ein. Sie können aber auch Anbackungen, die sogenannten "Ringe?} an den Ofenwänden bilden. In beiden Fällen führen diese Agglomerationserscheinungen zu höchst unliebsamen Betriebsstörungen.

Ältere Vorschläge, diese unerwünschten Agglomeration durch Anwendung eines hohen Kohleüberschusses und Senkung der Temperatur zu bekämpfen, haben eich im praktischen Dauerbetrieb aus teohnisoh-wirtschaftliohen Gründen nioht bewährt .

Erhöhung des Kohleübersohusses bedeutet in jedem Fall eine Vergrösserung des durch die stets nioht vollkommene Rückgewinnung des Kohleübersohueses aus dem Austrag bedingten

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Kohleverlust und außerdem eine Erhöhung des Wärmeverbrauchs, weil die vergrößerte Ghargemenge einen größeren Aufwand an fühlbarer Wärme für die Erhitzung der Charge auf Reduktionstemperatur erfordert. Senkung der Reduktionstemperatur bewirkt dagegen eine Verringerung der Reduktionsgeschwindigkeit und damit eine Verschlechterung der Durchsatzleistung.

Deshalb werden feinkörnige Eisenerze seit längerer Zeit nicht mehr als solche im Drehrohrofen zur direkten Reduktion eingesetzt, wenn es auf einen hohen Reduktionsgrad ankommt, sondern voucher pelletisiert. Unpelletisierte feinkörnige Erze werden nur dann vorreduziert, wenn das vorreduzierte Austragsprodukt dea Drehrohrofens anschließend in einem Elektroofen eingeschmolzen werden soll, so daß kßin höherer Reduktionsgrad als etwa 70 $ erforderlich ist« Ba für das Pelletieren ein "besonders feiner Aufmahlungsgrad γοη etwa 80 °/o unterhalb 60 ax bzw. entsprechend einer spezifisehen Oberfläche von 1400 bis 1800 cm /g notwendig ist, die Feinerze aber normalerweise in einer Korngröße von y 80 ⁰Jo über 60 ax vorliegen, ist noch eine erhebliche Mahlarbeit vor der Pelle t is i:-r-u-:.g notwendig.

Besonders die im Humphrey-Spiral-Separato^ erhaltenen sogenannten ^HSpiralkonzentrate^H und die Erzsande stehen gewöhnlich in einer Korngröße zur Verfügung, bei der mehr als 80 i» im Bereich von 0,09 bis 1,0 mm vorliegt_s also wesentlich gröber als Pelletisierfeinheit.

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung endothermer Reaktionen von Feststoffen unterschiedlicher Korngröße im Drehrohrofen, das es gestattet, die Durchsatzleistung des Drehrohrofens gegenüber den bekannten Verfahren wesentlich zu erhöhen und darüber hinaus auch solche feinkörnigen Stoffe, wie insbesondere Eisenerze, die einerseits zu feinkörnig für den wirtschaftlichen Einsatz im Drehrohrofen ohne vorherige Stüokigmachung und andererseits zu großkörnig für die Pelletisierung ohne vorherige weitgehende Aufmahlung sind, praktisch ohne jede Vorbehandlung im Drehrohrofen zu verarbeiten.

Die Erfindung ist besonders geeignet für die direkte Reduktion von Eisen- und/oder Niekelerzen, insbesondere zu einem mindestens überwiegend aus metallischem Eisen und/oder Nickel bestehenden schwämmeisenartigen Produkt im Drehrohrofen.

Erfindungsgemäß werden die körnigen Feststoffe unterschiedlicher Korngröße dem Drehrohrofen so aufgegeben, daß die Anteile unterhalb eines bestimmten Siebschnittes, der maximal bei etwa 5 nun und vorzugsweise bei etwa 2 mm liegt, in das untere Ende des Drehrohrofens von seinem Austragsende her eingeblasen werden, und zwar mit solcher Geschwindigkeit, daß sie auf einen nennenswerten Teil der Ofenlänge, d.h.auf mindestens 4 m verteilt, auftreffen. Dabei tritt eine Siohtung des Feststoffes in der Weise auf, daß die gröberen Anteile weiter in den Ofen eingeblasen werden als die feineren, so daß den gröberen Anteilen eine längere

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Verweilzeit zur Verfügung steht als den feineren. Wie weiter gefunden wurde, entspricht die Mengenverteilung, in der die einzelnen Korngrößenklassen auf die verschiedenen Teilstrecken der Einblaslänge sich verteilt, recht gut ihrer Mengenverteilung in der Siebkurve.

Wenn das zu "behandelnde Gut wesentliche Anteile oberhalb 2 bis 5 mm enthält, ist es zweckmäßig, diese vorher abzutrennen und dem Drehrohrofen z.B. an seinem oberen Ende aufzugeben.

Ebenso ist es zweckmäßig, die feinsten Staubanteile, d.h. die Anteile unterhalb 60 Ai vor dem Einblasen abzutrennen, weil diese Staubanteile sonst zu leicht mit den Abgasen aus dem Ofen ausgetragen werden. Vorteilhaft können diese Peinstanteile in an sich bekannter Weise pelletisiert und dem Ofen an seinem oberen Ende gegebenenfalls zusammen mit etwaigem Überkorn aufgegeben werden. Wenn dagegen der zu behandelnde Feststoff keine oder nur so wenig Anteile oberhalb 2 bis 5 mm enthält, daß eine eigene Aufgabevorrichtung für dieses "Überkorn¹¹ am oberen Ende des Drehrohrofens nicht gerechtfertigt erscheint, ist es möglich, das gesamte Gut, d.h. also auch etwaige Pellets oder kleinere Mengen an "Überkorn" dem Ofen an seinem unteren Ende zuzuführen, selbst wenn alles eingeblasene Material bereits in der unteren Ofenhälfte oder auch nur im unteren Ofenviertel anfällt. Durch geeignete Drosselung der Austragsgesohwindigkeit kann durch Rüokstauung des aufgegebenen Gutes trotzdem jeder gewünsohte füllungsgrad des Ofens eingestellt werden,

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Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die direkte Reduktion von Eisenerzen zu Eisenmetall ist es zweckmäßig, den Ofeninhalt mindestens in dem Bereich, in dem die eingeblasenen, relativ feinkörnigen Eisenerze auftreffen, auf einer Temperatur von oberhalb 800, vorzugsweise 900 bis 1000° G, zu halten. Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich sowohl für Gleichstrom, als auch für Gegenstrom anwendbar. Bei der Anwendung von Gegenstrom, d.h. beim Einblasen der feineren Anteile vom Austragsende her, wird allerdings außer dem sonstigen Vorteil des Gegenstromprinzips noch der weitere Vorteil erzielt, daß die Verteilung der einzelnen Korngrößenklassen auf die Ofenlänge besonders gut der vom Standpunkt der jeweils erforderlichen Verweilzeit optimal entspricht.

Als Trägergas für die einzublasenden Feststoffe wird zweokmäßig die über den Zentralbrenner eingeführte Verbrennungsluft mindestens teilweise mitverwendet.

Wenn eine gleichmäßigere Verteilung des eingeblasenen Feststoffes über eine besonders große Teillänge des Ofenbettes erwünscht ist, kann es zweckmäßig sein, den feststoff über mehrere in das Innere des Ofens ragende pneumatische Leitungen einzublasen· Diese Leitungen sind dann zweokmäßig mit verschiedenen Neigungswinkeln zur Ofenaohse angeordnet und/oder werden mit verschiedener Gasgeschwindigkeit bzw. verschiedenem Gasdruck betrieben. Pur den gleiohen Zweck kann es vorteilhaft sein, das sum Einblasen ver-

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wendete Trägergas mit pulsierendem Druck zuzuführen.

Eine weitere vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, das Feinerz mindestens teilweise durch Aufgabevorrichtungen in den Drehrohrofen einzuführen, die über dessen länge verteilt sind. Zweckmäßig werden für diesen Zweck die in anderem Zusammenhang bekannten, für die Regelung der Temperaturverteilung über die Ofenlänge verteilten Mantelbrenner oder Lufteinführungsrohre verwendet, wie sie z.B. in US P 2 829 842 und US P 5 029 141 beschrieben sind. Auch bei dieser Ausführung der Erfindung wird das Eisenerz zweckmäßig mindestens teilweise mit Hilfe der über die Mantelbrenner bzw. Lufteinführungsrohre in den Drehrohrofen eingebrachten Verbrennungsluft eingeblasen.

Das feiner« wird vor seiner Einführung in den vorzugsweise vorgewärmt, zweckmäßig möglichst nahe an die Reduktionstemperatur. Da diese im allgemeinen bei etwa 900 bia 1100⁰O liegt, die für die Vorwärmung zur Verfügung stehenden billigen Wärmequellen aber nicht immer für die Erhitzung bis an die obere Grenze dieses l'emperaturbereiches ausreichen, wird das Erz vor »tia-*..¹ Si Ltifirung in den Drehrohrofen allgemein auf etwa 300 "bis 90&_{; ;1} . isns 400 bis 600⁰O vorzuerhitzen sein.

Zum Vorerhitzen können die heißen Abgase des Drehrohrοfens selbst, gegebenenfalls unter gleichzeitiger oder vorheriger Nachverbrennung der in ihnen noch enthaltenen brennbaren

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Bestandteile, herangezogen werden. Werden diese heißen Gase als ITuidisierungsgase in einer Wirbelschicht verwendet, deren Feststoffanteil von dem vorzuwärmenden Peinerz gebildet wird, dann kann die Vorheizung vorteilhaft mit einer Entstaubung verbunden werden, in welcher die Staubanteile, vorzugsweise die Anteile unterhalb 60/u abgetrennt werden. Diese Staubanteile werden nämlich, wie gefunden wurde, sehr rasch aus dem Ofen ausgetragen, ohne vorher vollständig reduziert worden zu sein.

Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reduktion von Eisen- und/oder Nickelerzen eignen sich alle bekannten festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffe, wie Koks, Anthrazit, backende oder nichtbackende, gasreiche und gasarme Steinkohle und Braunkohle, Lignit, Torf usw.. Vorzugsweise werden bituminöse Kohlen verwendet, die zweckmäßig ebenfalls eigeblasen werden, und zwar für sich allein oder im Gemisch mit dem zu reduzierenden Erz.

Eine besondere Ausführungsform des Verfahrens ermöglicht es, einen besonderen Nachteil bekannter direkter Reduktionsverfahren zu vermeiden. Bei der direkten Reduktion von Eisen- und/oder Nickelerzen ist es bekanntlich notwendig, der Ofenbeschickung einen schwefelbindenden Zuschlag, wie Kalk oder Dolomit, zuzusetzen, um vor allem den im festen Reduktionsmittel enthaltenen Schwefel zu binden und unschädlich zu machen. Ein Teil dieses Kalkes oder Dolomite setzt sich auf den Körnern des Reduktionsmittels so fest, daß er

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von diesen nicht abgetrennt werden kann, was besonders dann der !fall ist, wenn die Aufbereitung des Ofenaustragsgutes auf nassem Wege erfolgt. Dabei wird durch, die aus wirtschaftlichen Gründen unerläßliche Rückführung der wiedergewonnenen Überschußkohle Kalkhydrat bzw. Magnesiumhydroxyd in den Ofen eingebracht, die auf den eingesetzten Erzpartikeln, insbesondere den Erzpellets, oberflächliche Perritbildung verursachen, welche die Reduktionsfähigkeit sehr beeinträchtigen.

Wenn dagegen erfindungsgemäß die rückgeführte Kohle nur vom Austragsende des Ofens her eingeblasen wird, dann kommt diese nur mit Erzpartikeln in Berührung, deren Oberflächen schon metallisiert sind und daher nicht zur Ferritbildung neigen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der für die Schwefelbindung erforderliche Kalk bzw. Dolomit in einer Korngröße eingesetzt, die unterhalb der unteren Grenze des Korngrößenspektrums der verwendeten Kohle liegt, d.h. beispielsweise in einer Korngröße von 0,1 bis 1 mm, während die Kohle in einer Korngröße von 1 bis 3 mm verwendet wird. Diese Maßnahme ermöglicht es, aus dem Ofenaustragegut den Hauptteil der Übersohußkohle vom Kalk bzw. Dolomit durch eine einfache Klassierung, z.B. durch Absieben, abzutrennen. Dieser rüokgewonnene Anteil an Überschuökohle kann dem Ofen auch an seinem oberen Ende aufgegeben werden. Nur die verhältnismäßig geringe Menge

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an Kohleabrieb mit einer Korngröße unter 1 mm kann noch durch Kalk- oder Dolomitreste verunreinigt sein und wird zweckmäßig in den Ofen von seinem Austragsende her eingeblasen.

- Patentansprüche -009818/1348

Claims

Pat entansprüche

1) Verfahren zur Durchführung endothermer Reaktionen von Feststoffen unterschiedlicher Korngrös3e im Drehrohrofen, vorzugsweise für die reduzierende Behandlung von Erzen, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem zu chargierenden Feststoff evtl. vorhandene Anteile oberhalb maximal 5 mmι vorzugsweise oberhalb etwa 2 mm, abgetrennt und in an sich bekannter Weise dem Ofen an seinem oberen Ende aufgegeben werden, während die Anteile unterhalb des Siebschnittes in den Drehrohrofen so eingeblasen werden, daß sie auf einen nennenswerten Teil der Ofenlänge, und zwar mindestens auf 4 m Ofenlänge verteilt, auftreffen.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingeblasenen Anteile des Feststoffes vom Austragsende des Drehrohrofens eingeblasen werden«

5) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus der in den Ofen einzublasenden feinkörnigen Fraktion die Anteile unterhalb etwa 0,06 mm vqr dem Einblasen entfernt werden.

4) Verfahren nach Anspruch ?_s «iadurafa. gekennzeichnet, daß die aus der feinkörniger· irrstin^ entfernten Staubanteile unterhalb 0,06 mm dem Ii;;-shr ohr of en nach vorheriger Stüokigmachung» z.B. durch Pelletisierung oder Brikettierung, aufgegeben werden.

5) Verfahren naoh Anspruch 4_} dadurch gekennzeichnet, daß die stückiggemachten Staubanteile dem Ofen gemeinsam mit evtl. vorhandenem Überkorn oberhalb 2 bia 5 mm an seinem oberen Ende aufgegeben werden.

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'<3Ue Unterlagen (Art. 7 δ 1 Abs. 2 l.r 1 s&U Λ oca Änderungen ν. 4.9.19Ö71

6) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die etüokiggeaaohten Staubanteile in den Ofen gemeinsam alt den eingeblasenen Feinanteilea. aufgegeben werden·

7) Verfahren nach den Ansprüchen 1 eis 6, dadurch gekennseiohnet, das da· Einblasen des feststoff·· Mit Hilfe pulsierender luftströmung erfolgt·

8) Verfahren nach^den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daS das Einblasen de· feststoffes über mehrere in das Ofeninnere reichende pneumatische Einführung«- rohre erfolgt, die Yoriugsweise unter vereohiedenen Winkeln iur Ofenaolie· angeordnet sind.

9) Verfahren nach den Ansprüchen t bis β, dadurch gekenn- «eiohnet, daS mindesten« ein Seil dee feststoffes alt Hilf« von Verbrennungeluft ·ingeblasen wird, die durch über die Ofenlänge verteilte l«fteinführungerehrβ oder Mantölbrenner in den Ofen eingebracht wird·

10) Anwendung des Verfahrene nach den Ansprüchen 1 bis 9 auf die Reduktion feinkörniger Eisen- und/oder Hiokelerse, dadurch gekennseiohnet, daß über 50 56, yorzugeweise aindestens 80 Jt, des elngeblasenen ieinersee im Korngrößenbereioh von 0,06 bis 1 mm liegen.

11) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das feinere ait Hilfe mindestens eines Seiles der in den Ofen eingeführten Verbrennungeluft in diesen eingeblasen wird.

12) Verfahren nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennseiohnet, daß das feiner* mittels Hilfe eines Seile· der über Azialbromaer eingeführten Verbrennungsluft eingeblasen wird.

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13) Verfahren nach, den Ansprüchen 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet,"dafl das feinerz im Staleoh mit ieinkohle eingeblasen wird·

U) Verfahren naoh den Ansptüohen 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, das das isinerz vor der Aufgabe in den Drehrohrofen auf 300 bis 900, vorzugsweise 400 bis 600⁰O, vorgewärmt wird.

15) Verfahren naoh den Amsprüohen 10 bis 141 dadurch gekennzeichnet, daß das Peinerz mittels heißer Gase in einer Wirbelschicht auf die zur Einführung in den Drehrohrofen bestimmte Temperatur vorerhitzt wird.

16) Verfahren naoh Anepmoh 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Jluidisierungsgas die Ofenabgase des Drehrohrofens, gegebenenfalls unter gleichzeitiger oder vorheriger Verbrennung der in ihnen enthaltenen brennbaren Bestandteile, verwendet werden.

17) Verfahren nach den Ansprüchen 15 und 16, daduroh gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Aufheizen des feinerzes dessen !Feinstanteile, vorzugsweise die Anteile unter 0,06 mm, entfernt und nicht mit dem restliohen feinerz zusammen dem Drehrohrofen aufgegeben werden.

18) Verfahren naoh Anspruoh 17ι daduroh gekennzeichnet, daß die abgetrennten feinstanteile pelletisiert und gesondert vom übrigen ieinerz Ia den Drehrohrofen eingeführt werden.

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