DE1583941B1

DE1583941B1 - Verfahren zur Reduktion von Eisenerz und Schmelzgefaess zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1583941B1
Application number: DE19671583941
Authority: DE
Inventors: Mihaly Brunner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-11-15
Filing date: 1967-11-14
Publication date: 1971-10-28
Also published as: SE330704B; AT292760B; US3556774A; BE706502A; GB1211025A; LU54864A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion in einem Schmelzgefäß durchgeführt werden, das eine von geschmolzenem Eisenerz und ein Schmelzgefäß aus Kalk bestehende hitzebeständige Auskleidung

zur Durchführung des Verfahrens. besitzt.

Derartige Reduktionsverfahren für geschmolzenes Das erfindungsgemäße Verfahren beruht, im UnterEisenerz sind an sich bekannt. 5 schied zu den bekannten, in ternärer Phase arbeitenden Eine bekannte Verfahrensart besteht darin, daß man Verfahren, auf dem Grundgedanken, daß während der das geschmolzene Eisenerz auf die Oberfläche eines gesamten Reduktion stets mit einem hohen Kalk-Stahlschmelzebades bringt und die Reduktion an der Überschuß gearbeitet wird, ungeachtet eventuell vorBerührungsfläche zwischen dem Eisenerz und dem handener saurer Bestandteile. Auf diese Weise wird Stahl durchgeführt wurde. Sobald der Kohlenstoff- io ein binäres System Fe₂O₃ — CaO erhalten. Ein dergehalt des Stahls auf einen bestimmten Wert abge- artiges System besitzt gegenüber einem im wesentlichen nommen hat, wurde das Verfahren unterbrochen; die aus Kalk bestehenden, hitzebeständigen Auskleidungserschöpfte Eisenerzschmelze und ein Teil der Stahl- material nur eine sehr geringe Lösungskraft, da das schmelze wurden dann entfernt. Der verbleibende Teil Lösungsprodukt bei der in Frage stehenden Tempeder Stahlschmelze wurde karburiert und sodann das 15 ratur fest ist. Die Verwendung einer kalkreichen Verfahren wiederholt. Es ist auch bekannt, dieses Eisenerzschmelze erbringt als weiteren wesentlichen Verfahren in kontinuierlicher Weise auszuführen. Vorteil eine Erhöhung der Reduktionsgeschwindigkeit, Daneben ist es auch bekannt, eine Eisenerzschmelze wie weiter unten noch im einzelnen erläutert wird, mit Reduktionsmitteln zu reduzieren, welche nicht Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine vollaus kohlenstoffhaltigem Stahl herrühren. In diesem 20 kontinuierliche Arbeitsweise.

Fall wurden herkömmliche Flußmittel und Schlacken- Zur Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichbildner der Eisenerzschmelze zugesetzt. nung Bezug genommen, welche einen Teil eines Diese bekannten Verfahren, zu denen auch beispiels- Gleichgewichtsdiagramms für das System CaO—Fe₂O₃ weise das in der österreichischen Patentschrift 213 932 zeigt.

beschriebene Verfahren gehört, arbeiten grundsätzlich 25 Die linke Begrenzungslinie in dem Diagramm bezieht

mit einem ternären System Eisenoxyd — basische sich auf die Zusammensetzung O % Fe₂O₃ und 100 °/o

Stoffe — saure Stoffe, derart, daß die ternäre Schmelze CaO, entsprechend die rechte Begrenzungslinie auf

sauren Charakter besitzt. Diese bekannten Verfahren eine Zusammensetzung 0% CaO und 100% Fe₂O₃.

bauen im wesentlichen auf einem Ausgleich zwischen Das Diagramm umfaßt den Temperaturbereich von

den sauren und den basischen Bestandteilen der oxy- 30 1050 bis 165O⁰C. Der gezeigte Teil der Liquidus-Kurve

dischen Phase auf. des Zweiphasensystems besteht aus der Verbindungs-

Diese bekannten Verfahren haben den Nachteil, linie zwischen den Punkten A-B-C-D-E-F, und die

daß die Ofenauskleidung außerordentlich stark von Solidus-Kurve aus der Verbindungslinie zwischen den

den geschmolzenen Eisenoxyden angegriffen wird. Punkten A-G-H-I-K-L-M-N-O-E-P. Der für die Er-

Außerdem verläuft die Reduktion verhältnismäßig 35 findung nutzbare Bereich ist durch die Punkte

langsam, und zwar weil einerseits die Kontaktfläche R-L-M-N-O-E-S-T begrenzt. Wenngleich das Dia-

zwischen dem Reduktionsagens und dem Eisenerz gramm nicht über 1650⁰C hinausgeht, liegt jedoch die

verhältnismäßig klein ist und weil andererseits die Anwendung höherer Temperaturen im Rahmen der

Reduzierbarkeit des Eisenerzes infolge eines hohen Erfindung. Die obere Temperaturgrenze wird aus-

SiO₂-Gehalts in der Schmelze verhältnismäßig gering 40 schließlich durch die Eigenschaften des Ofens be-

war. stimmt. Vom metallurgischen Gesichtspunkt aus sind

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur höhere Temperaturen vorteilhaft. Die untere Tempe-

Reduktion von Eisenerz, das in Gegenwart von Zu- raturgrenze ist durch die Soliduskurve M-L (etwa

schlagen und Reduktionsmitteln auf geschmolzen wird. 1200° C) für Schmelzen mit 74 bis 85°/₀ Fe₂O₃ und

Durch die Erfindung soll ein zur kontinuierlichen 45 dem Rest CaO gegeben. Für Schmelzen mit 58 bis 74%

Durchführung geeignetes Verfahren geschaffen werden, Fe₂O₃ ist die untere Temperaturgrenze durch die

bei welchem eine wesentlich höhere Reduktions- Linie O-N (etwa 1225° C) und für Schmelzen mit 10

geschwindigkeit erreicht und der Verschleiß der Ofen- bis 58% durch die Linie S-E (etwa 144O⁰C) bestimmt,

auskleidung gegenüber den bekannten Verfahren ganz Der bevorzugte Zusammensetzungsbereich ist durch

wesentlich herabgesetzt wird. 50 die Verbindungslinie zwischen den Punkten U-V-O-E-

Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung vor- Y-X begrenzt.

gesehen, daß einer zunächst binären Schmelze, die Wegen des Umstandes, daß die Eisenerzschmelze

10 bis 85% Eisenoxyd, 15 bis 90% CaO und aus dem reich an CaO, und zwar zweckmäßig so reich an CaO

Eisenerz stammende Verunreinigungen aufweist, konti- ist, daß CaO aus der Schmelze auszufallen beginnt, ist

nuierlich Reduktionsmittel, Eisenoxyde in einer Menge, 55 es äußerst zweckmäßig, den Ofen mit CaO-haltigem

die der zu Fe reduzierten Menge entspricht, und CaO hitzebeständigem Material, und vorzugsweise mit

in einer solchen Menge zugeführt wird, daß die im CaO selbst, auszukleiden. Falls die Zusammensetzung

Eisenerz enthaltenen sauren Bestandteile und die im der Schmelze solcher Art ist, daß CaO auszufallen

Reduktionsmittel enthaltenen Verunreinigungen ab- beginnt oder bereits in einer festen Phase existiert

gebunden werden, wobei ein Basizitätsgrad der 60 (in der Figur der Bereich links der Linie EF einschließ-

Schmelze von nicht unter 3 aufrechterhalten wird. lieh dieser Linie), d. h., wenn die Schmelze bezüglich

Nach zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung CaO gesättigt ist, so ist zu erwarten, daß sie nur eine

kann vorgesehen sein, daß man von einer binären geringe Lösungskraft gegenüber dem gleicherweise

Schmelze ausgeht, die 20 bis 75 % oxydischen Eisenerz CaO-haltigen Auskleidungsmaterial besitzt. Bei einer und Rest CaO enthält, und daß man zum Anfahren 65 niedrigeren Temperatur, als dem Punkt E entspricht,

des Prozesses feinzerteiltes Eisenerz mit feinzerteiltem wird festes 2 CaO · Fe₂O₃ aus der oxydischen Schmelze

CaO oder CaCO₃ vermischt und das Gemisch schmilzt. abgeschieden, falls deren Zusammensetzung innerhalb

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zweckmäßig des Bereichs EOD liegt. Eine bezüglich 2 CaO · Fe₂O₃

gesättigte Schmelze besitzt nur eine sehr geringe Schmelze kann so je nach Wunsch variiert werden,

Lösungskraft gegenüber einem hitzebeständigen Aus- derart, daß optimale Bedingungen in dem Ofen im

kleidungsmaterial, das zur Hauptsache aus Kalk be- Zeitpunkt der Entnahme vorliegen. Die Reduktion

steht, da das Lösungsprodukt zwischen der Schmelze kann beispielsweise während einer gewissen Zeit und dem hitzebeständigen Material, nämlich 2 CaO · 5 kontinuierlich ausgeführt werden und sodann, bei-

Fe₂O₃, bei der in Frage stehenden Temperatur fest ist. spielsweise vor dem Eisenabstich, ohne Zugabe von

Die Verwendung einer CaO-reichen Eisenerzschmelze Eisenerz fortgesetzt werden; sobald der Eisenoxydge-

hat den weiteren Vorteil, daß die Reduktion rasch halt hinreichend abgesunken ist, findet der Abstich statt,

verläuft, was wahrscheinlich auf dem Umstand beruht, Somit kann bei dem Verfahren gemäß der Erfindung daß die Reduzierbarkeit der Eisenoxyde mit zu- io die Zusammensetzung der Schmelze während des

nehmendem CaO-Gehalt zunimmt. Nach bestimmten Reduktionsprozesses in mannigfacher Weise variiert

neueren Theorien ist CaO während des _ Schmelz- werden; das jeweils bestgeeignete Betriebsverfahren

Prozesses dissoziiert, wodurch ein großer Überschuß wird in Abhängigkeit von den übrigen Bedingungen, in

an Sauerstoffionen in der Schmelze erzeugt wird. erster Stelle von der Beschaffenheit des Eisenerzes, Die Reduzierbarkeit einer Eisenoxydschmelze steigt 15 gewählt.

mit zunehmender Sauerstoffionenkonzentration in der Auch die Temperatur kann während des Reduk-

Schmelze an. tionsverfahrens bei dem vorstehend erwähnten kombi-

Des weiteren hat das Verfahren gemäß der Er- nierten Reduktionsverfahren geändert werden; die findung den zusätzlichen Vorteil, daß die außer- kontinuierliche Phase kann beispielsweise bei nieordentlich hochbasische Schmelze Schwefel und Phos- 20 drigeren Temperaturen und die End- oder diskontiphor in dem Eisenerz in solcher Weise bindet, daß das nuierliche Phase bei höheren Temperaturen ausgeführt vollständig reduzierte Eisen nur einen sehr niedrigen werden. Es wird so möglich, den Hauptteil der Re-Gehalt an S und P besitzt. Im ganzen ist das Eisen duktion unterhalb des Schmelzpunkts des Eisens vorsehr rein und besitzt einen niedrigen C-Gehalt, wo- zunehmen und die Reduktion sodann bei einer durch es sich sehr gut als Beschickungs- bzw. Aus- 25 Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von Eisen gangsmaterial für die Herstellung von rostfreiem zu Ende zu führen und schließlich das Eisen im flüssigen Stahl eignet. Jedoch hat das Eisen einen ziemlich Zustand zu entnehmen; diese verschiedenen Redukhohen Sauerstoffgehalt; nach Dioxydation eignet es tionsschritte können auch in getrennten Öfen vorsieh gut für eine ganze Anzahl von Zwecken durch genommen werden.
Zugabe der gewünschten Legierungselemente. 30 Zur Erzielung einer guten Wärmeökonomie soll das

Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß das gebildete CO verbrannt und die Verbrennungswärme Verfahren gemäß der Erfindung keine bestimmten in das Verfahren zurückgeleitet werden. Diese Verspeziellen Reduktionsmittel erfordert; vielmehr können brennung kann in geeigneter Weise mittels Sauerstoffwahlweise gasförmige, flüssige oder feste Reduktions- gas erfolgen. Um einen guten Wärmeübergang mittel verwendet werden, beispielsweise Schlacken- 35 zwischen dem Verbrennungsgas und der Beschickung kohle oder Öl. zu erhalten und eine hohe Reduktionsgeschwindigkeit

Zum Anfahren des Prozesses kann feinzerteiltes zu erzielen, soll das Schmelzbad in geeigneter Weise,

Eisenerz in geeigneter Weise mit feinzerteiltem CaO beispielsweise durch Verwendung eines Drehofens,

oder CaCO₃ gemischt und das Gemisch geschmolzen umgerührt werden.

werden. Sobald das Verfahren kontinuierlich geworden 40 Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Er-

ist, wird Fe₂O₃ in gleicher Menge bzw. Geschwindig- findung beschrieben.

keit zugegeben, wie Fe durch die Reduktion erhalten Ein Magnetiterz der folgenden Zusammensetzung:

wird. Gleichzeitig wird CaO zugegeben, um die in den Fe O 70 7 ⁰I

Eisenerzen vorhandenen sauren Bestandteile, ins- p_gQ ³ 28*42 °°/

besondere SiO₂ und P₂O₅, zu binden und so einen hohen 45 gjQ o'^ 0/

Überschuß an Sauerstoffionen in der Schmelze auf- ρ ^a o'oi4°°/

rechtzuerhalten. Auch das Reduktionsmittel wird q^q 02O⁰/

vorzugsweise kontinuierlich oder in kleinen Mengen _Δι η ciasoi⁰

zugeiugt. -^_n cjvtetain O 05 °/_ft

Da das Verfahren gemäß der Erfindung kontinuier- 50 -^ A ' 029°/

lieh ausgeführt wird, kann das reduzierte Eisenerz '

kontinuierlich durch weiteres Erz praktisch im gleichen wurde fein zerteilt und mit feinzerteiltem Kalk in

Ausmaße, in welchem Fe durch die Reduktion gebildet einem Verhältnis von 75 °/₀ Magnetit und 25 % CaO

wird, und das CaO praktisch mit der gleichen Ge- gemischt. Das Gemisch wurde auf 1580°C erhitzt;

schwindigkeit, mit welcher die sauren Bestandteile 55 bei dieser Temperatur war das gesamte Gemisch

durch die Zugabe von weiterem Eisenerz eingeführt geschmolzen. Zur Reduktion wurde Kokslösche ein-

werden, ersetzt werden. Hierdurch wird eine praktisch geführt, wobei CO unter dichter Schaumbildung

konstante, geeignete Zusammensetzung der oxydischen erzeugt und Fe gebildet wurde (diskontinuierliche

Schmelze während des gesamten Reduktionsprozesses Arbeitsweise),

aufrechterhalten. 6° Das so erhaltene Eisen hatte die folgende Zu-

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann das sammensetzung:
Verfahren auch kombiniert, teils diskontinuierlich und

teils kontinuierlich, ausgeführt werden, indem nämlich C 0,01 %

während einer bestimmten Phase des Prozesses das Si Spuren

reduzierte Erz durch weiteres neues Erz ersetzt wird, 65 S 0,017 °/₀

während zu bestimmten Zeiten, vorzugsweise vor der P 0,008 °/₀

Entnahme des Eisens aus dem Ofen, keine Zugabe an O 0,11 °/o

Eisen erfolgt. Die Zusammensetzung der oxydischen Fe Rest

Reiche, feinzerteilte Eisenerze eignen sich am besten für die Reduktion nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. Hohe Gehalte an nichtbasischen Oxyden (SiO₂, P₂O₅ und Al₂O₃) sind unerwünscht, da in diesem Fall die Zugabe relativ großer Mengen Kalk erforderlich ist, um einen hohen Überschuß an Kalk oder, mit anderen Worten, eine hohe Basizität

CaO + MgO

SiO₂ + P₂O₅ + Al₂O₃

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aufrechtzuerhalten.

Bei der Reduktion von Erzen mit einem verhältnismäßig hohen Gehalt an nichtbasischen Oxyden soll die Zugabe von Kalk aus Wirtschaftlichkeitsgründen begrenzt werden. Es ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine bestimmte unterste Grenze für die Basizität der Schmelze anzugeben. Für reiche oder basische Erze kann die Basizität sehr hoch gehalten werden, beispielsweise über 10 oder 20. Sie kann jedoch auch ohne Nachteil bis beispielsweise auf einen Wert von 4 abgesenkt werden. Für arme und saure Erze kann die Basizität zweckmäßig noch weiter gesenkt werden, beispielsweise auf drei. Ein Nachteil der Anwendung verhältnismäßig niedriger Basizitäten besteht darin, daß das Lösungsvermögen der oxydischen Schmelze gegenüber der kalkhaltigen Auskleidung des Ofens ansteigt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reduktion von Eisenerz, das in Gegenwart von Zuschlägen und Reduktionsmitteln aufgeschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, daß einer zunächst binären Schmelze, die 10 bis 85°/₀ Eisenoxyd, 15 bis 90°/₀ CaO und aus dem Eisenerz stammende Verunreinigungen aufweist, kontinuierlich Reduktionsmittel, Eisenoxyde in einer Menge, die der zu Fe reduzierten Menge entspricht, und CaO in einer solchen Menge zugeführt wird, daß die im Eisenerz enthaltenen sauren Bestandteile und die im Reduktionsmittel enthaltenen Verunreinigungen abgebunden werden, wobei ein Basizitätsgrad der Schmelze von nicht unter 3 aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man von einer binären Schmelze ausgeht, die 20 bis 75% oxydisches Eisenerz und Rest CaO enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Anfahren des Prozesses feinzerteiltes Eisenerz mit feinzerteiltem CaO oder CaCO₃ vermischt und das Gemisch schmilzt.

4. Schmelzgefäß zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine aus Kalk bestehende hitzebeständige Auskleidung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen