DE1583941C

DE1583941C - Verfahren zur Reduktion von Eisenerz und Schmelzgefäß zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1583941C
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1972-05-18

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von geschmolzenem Eisenerz und ein Schmelzgefäß zur Durchführung des Verfahrens.

Derartige Reduktionsverfahren für geschmolzenes Eisenerz sind an sich bekannt.

Eine bekannte Verfahrensart besteht darin, daß man das geschmolzene Eisenerz auf die Oberfläche eines Stahlschmelzebades bringt und die Reduktion an der Berührungsfläche zwischen dem Eisenerz und dem Stahl durchgeführt wurde. Sobald der Kohlenstoffgehalt des Stahls auf einen bestimmten Wert abgenommen hat, wurde das Verfahren unterbrochen; die erschöpfte Eisenerzschmelze und ein Teil der Stahlschmelze wurden dann entfernt. Der verbleibende Teil der Stahlschmelze wurde karburiert und sodann das Verfahren wiederholt. Es ist auch bekannt, dieses Verfahren in kontinuierlicher Weise auszuführen.

Daneben ist es auch bekannt, eine Eisenerzschmelze mit Reduktionsmitteln zu reduzieren, welche nicht aus kohlenstoffhaltigem Stahl herrühren. In diesem Fall wurden herkömmliche Flußmittel und Schlackenbildner der Eisenerzschmelze zugesetzt.

Diese bekannten Verfahren, zu denen auch beispielsweise das in der österreichischen Patentschrift 213 932 beschriebene Verfahren gehört, arbeiten grundsätzlich mit einem ternären System Eisenoxyd — basische Stoffe — saure Stoffe, derart, daß die ternäre Schmelze sauren Charakter besitzt. Diese bekannten Verfahren bauen im wesentlichen auf einem Ausgleich zwischen den sauren und den basischen Bestandteilen der oxydischen Phase auf.

Diese bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß die Ofenauskleidung außerordentlich stark von den geschmolzenen Eisenoxyden angegriffen wird. Außerdem verläuft die Reduktion verhältnismäßig langsam, und zwar weil einerseits die Kontaktfläche zwischen dem Reduktionsagens und dem Eisenerz verhältnismäßig klein ist und weil andererseits die Reduziarbarkeit des Eisenerzes infolge eines hohen SiO_a-Gehalts in der Schmelze verhältnismäßig gering war.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Reduktion von Eisenerz, das in Gegenwart von Zuschlägen und Reduktionsrritteln aufgeschmolzen wird. Durch die Erfindung soll ein zur kontinuierlichen Durchführung geeignetes Verfahren geschaffen werden, bei welchem eine wesentlich höhere Reduktionsgeschwindigkeit erreicht und der Verschleiß der Ofenauskleidung gegenüber den bekannten Verfahren ganz wesentlich herabgesetzt wird.

Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß einer zunächst binären Schmelze, die 10 bis 85% Eisenoxyd, 15 bis 90% 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 6a Schmelze von nicht unter 3 aufrechterhalten wird.

Nach zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung kann vorgesehen sein, daß man von einer binären Schmelze ausgeht, die 20 bis 75 % oxydischen Eisenerz und Rest CaO enthält, und daß man zum Anfahren des Prozesses feinzerteiltes Eisenerz mit feinzerteiltem CaO oder CaCO₃ vermischt und das Gemisch schmilzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zweckmäßig in einem Schmelzgefäß durchgeführt werden, das eine aus Kalk bestehende hitzebeständige Auskleidung besitzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht, im Unterschied zu den bekannten, in ternärer Phase arbeitenden Verfahren, auf dem Grundgedanken, daß während der gesamten Reduktion stets mit einem hohen Kalküberschuß gearbeitet wird, ungeachtet eventuell vorhandener saurer Bestandteile. Auf diese Weise wird ein binäres System Fe₂O₃ — CaO erhalten. Ein derartiges System besitzt gegenüber einem im wesentlichen aus Kalk bestehenden, hitzebeständigen Auskleidungsmaterial nur eine sehr geringe Lösungskraft, da das Lösungsprodukt bei der in Frage stehenden Temperatur fest ist. Die Verwendung einer kalkreichen Eisenerzschmelze erbringt als weiteren wesentlichen Vorteil eine Erhöhung der Reduktionsgeschwindigkeit, wie weiter unten noch im einzelnen erläutert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine vollkontinuierliche Arbeitsweise.

Zur Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, welche einen Teil eines Gleichgewichtsdiagramms für das System CaO — Fe₂O₃ zeigt.

Die linke Begrenzungslinie in dem Diagramm bezieht sich auf die Zusammensetzung 0% Fe₂O₃ und 100% CaO, entsprechend die rechte Begrenzungslinie auf eine Zusammensetzung 0% CaO und 100% Fe₂O₃. Das Diagramm umfaßt den Temperaturbereich von 1050 bis 1650°C. Der gezeigte Teil der Liquidus-Kurve des Zweiphasensystems besteht aus der Verbindungslinie zwischen den Punkten A-B-C-D-E-F, und die Solidus-Kurve aus der Verbindungslinie zwischen den Punkten A-G-H-I-K-L-M-N-O-E-P. Der für die Erfindung nutzbare Bereich ist durch die Punkte R-L-M-N-O-E-S-T begrenzt. Wenngleich das Diagramm nicht über 1650° C hinausgeht, liegt jedoch die Anwendung höherer Temperaturen im Rahmen der Erfindung. Die obere Temperaturgrenze wird ausschließlich durch die Eigenschaften des Ofens bestimmt. Vom metallurgischen Gesichtspunkt aus sind höhere Temperaturen vorteilhaft. Die untere Temperaturgrenze ist durch die Soliduskurve M-L (etwa 1200⁰C) für Schmelzen mit 74 bis 85% Fe₂O₃ und dem Rest CaO gegeben. Für Schmelzen mit 58 bis 74% Fe₂O₃ ist die untere Temperaturgrenze durch die Linie O-N (etwa 1225°C) und für Schmelzen mit 10 bis 58% durch die Linie S-E (etwa 1440⁰C) bestimmt.

Der bevorzugte Zusammensetzungsbereich ist durch die Verbindungslinie zwischen den Punkten U-V-O-E- Y-X begrenzt.

Wegen des Umstandes, daß die Eisenerzschmelze reich an CaO, und zwar zweckmäßig so reich an CaO ist, daß CaO aus der Schmelze auszufallen beginnt, ist es äußerst zweckmäßig, den Ofen mit CaO-haltigem hitzebeständigem Material, und vorzugsweise mit CaO selbst, auszukleiden. Falls die Zusammensetzung der Schmelze solcher Art ist, daß CaO auszufallen beginnt oder bereits in einer festen Phase existiert (in der Figur der Bereich links der Linie EF einschließlich dieser Linie), d. h., wenn die Schmelze bezüglich CaO gesättigt ist, so ist zu erwarten, daß sie nur eine geringe Lösungskraft gegenüber dem gleicherweise CaO-haltigen Auskleidungsmaterial besitzt. Bei einer niedrigeren Temperatur, als dem Punkt E entspricht, wird festes 2 CaO · Fe₂O₃ aus der oxydischen Schmelze abgeschieden, falls deren Zusammensetzung innerhalb des Bereichs EOD liegt. Eine bezüglich 2 CaO · Fe₈O₃

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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 Hei Stellung 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 Desoxydation 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 4° 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 def folgenden Zusammensetzung:

wird. Gleichzeitig wird CaO zugegeben, um die in den ρ q 70 7 °/

Eisenerzen vorhandenen sauren Bestandteile, ins- ρ q ³ 2842°°/

besondere SiO₂ und P₂O₅, zu binden und so einen hohen 45 q:q 051 °/°

Überschuß an Sauerstoff ionen in der Schmelze auf- ρ ^a 0014°°/

rechtzuerhalten. Auch das Reduktionsmittel wird q'q 020°/

vorzugsweise kontinuierlich oder in kleinen Mengen Al O 0*45 °/°

zugefügt. Mn (Metall) 005%

Da das Verfahren gemäß der Erfindung kontinuier- 50 j^· q ' 0^9 0/

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% Magnetit und 25% CaO

wird, und das CaO praktisch mit der gleichen Ge- gemischt. Das Gemisch wurde auf 1580⁰C 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. 60 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 %

während zu bestimmten Zeiten, vorzugsweise vor der P 0,008 %

Entnahme des Eisens aus dem Ofen, keine Zugabe an O 0,11 %

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 Woiten, eine hohe Basizität

CaO + MgO

SiO₂ + P₂O₆ + Al₂O₃

10

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% Eisenoxyd, 15 bis 90% 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% oxydis;hes 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