DE1758017C3 - Verfahren zur Erzeugung von Eisenschwamm - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Eisenschwamm durch Reduzierung von feinkörnigem bis staubförmigem oxydischem Eisenerz mittels eines CO- und H₂-haltigen Gases, das durch Vergasung von festen oder flüssigen Brennstoffen mit Sauerstoff erzeugt worden ist. Als geeignete Brennstoffe sind dabei insbesondere solche minderwertigen Brennstoffe vorgesehen, die für andere Zwecke nicht ohne weiteres eingesetzt werden können. Als Beispiele hierfür werden genannt: Brennstoffstaub (Staubkohle), ballasthaltige und heizwertarme Kohlensorten, Rückstandsöle und Rohöle.

Die heute noch allgemein übliche Eisenerzreduktion im Hochofen krankt daran, daß Eisenerz und Reduktionsmittel im Gleichstrom durch den Schacht des Hochofens geführt werden müssen. Dabei wird viel Restenergie in Form eines relativ heizwertreichen Gichtgases ungenutzt abgeführt. Außerdem werden, um eine gute Durchgasung des Schachtes zu gewährleisten, hohe Anforderungen an die Festigkeit und die Stückigkeit der Einsatzstoffe gestellt. Diese an die Einsatzstoffe gestellten Anforderungen fallen mit der Zeit immer stärker ins Gewicht. So liefern beispielsweise viele der heute angewandten Eisenerzkonzentrationsverfahren ein feinkörniges bis staubförmiges Konzentrat, mit dem der Hochofen nicht ohne weiteres beschickt werden kann. Dieses Material muß daher vor der Verhüttung erst zu größeren Stücken agglomeriert werden, was natürlich mit Kosten verbunden ist, die den Hochofenprozeß zusätzlich belasten. Ebenso ist der meist eingesetzte Koks heute ein verhältnismäßig teurer Brennstoff geworden. Das hat seine Ursache darin, daß einerseits die Vorräte an guter Kokskohle immer knapper werden und andererseits das bei der Verkokung als Nebenprodukt erzeugte Gas in vielen Fällen nicht mehr ohne weiteres als Stadtgas abzusetzen ist, da dieses Gas in zunehmendem Maße von dem heizwertreicheren Erdgas verdrängt wird. Ebenso sind viele andere Nebenprodukte der Kokerei heute nur noch zu reduzierten Preisen oder, wie z. B. Kokereiammoniak, in manchen Fällen überhaupt nicht mehr abzusetzen, so daß es in besonderen Anlagen verbrannt werden muß. Es besteht daher ein echtes wirtschaftliches Interesse an der Entwicklung von Verfahren zur Eisenerzreduktion, bei denen man von einem feinkörnigen bis staubförmigen Eisenerz ausgehen kann und auf die Verwendung von Koks verzichten kann.

An Bemühungen zur Entwicklung derartiger Verfahren hat es bereits in der Vergangenheit nicht gefehlt. So in beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 5 28 347 der Vorschlag bekannt, Eisenerze mit Hilfe von Gasen zu reduzieren, die durch Vergasung von Brennstoffstaub mit Sauerstoff gewonnen worden sind. Auch die deutsche Patentschrift 6 26 294 bezieht sich auf ein Verfahren zur direkten Reduktion von Eisenerzen mit Hilfe von Reduktionsgasen, wobei das staubförmige Erz in einem Drehrohrofen im Gegenstrom zum Reduktionsgas geführt wird und wobei die für den Prozeß erforderliche Wärme dadurch erzeugt wird, daß man einen Teil der Reduktionsgase nach Mischung mit den aus dem Drehrohrofen austretenden Abgasen innerhalb des Drehrohrofens mit Sauerstoff verbrennt. Diese Arbeitsweise ist jedoch nicht frei von Nachteilen. Durch die Verbrennung eines Teiles der Reduktionsgase innerhalb des Drehrohrofens, im folgenden auch als sogenannte Innenverbrennung bezeichnet, bilden sich natürlich Kohlensäure und Wasserdampf, wodurch die Reduktionsfähigkeit der Reduktionsgase stark herabgesetzt wird. Da die aus dem Drehrohrofen austretenden Abgase außerdem wieder in den Prozeß zurückgeführt werden sollen, besteht zudem die Gefahr einer Anreicherung dieser beiden Substanzen, die schließlich den Reduktionsprozeß gänzlich unmöglich macht. Um dies zu verhindern, ist es daher beim Verfahren nach der deutschen Patentschrift 6 26 294 erforderlich, die aus dem Drehrohrofen austretenden Abgase durch zusätzliche Maßnahmen von Kohlensäure und Wasserdampf zu befreien. Weiterhin ist es erforderlich, die sogenannte Innenverbrennung mit reinem Sauerstoff durchzuführen, da es bei Verwendung von Luft zu einer unerwünschten, die Reduktion ebenfalls hemmenden Anreicherung von Stickstoff kommen würde. Für die Erzeugung des benötigten Sauerstoffes sind jedoch ebenfalls zusätzliche Kosten erforderlich.

Die vorliegende Erfindung verfolgt daher das Ziel, das Verfahren zur Erzeugung von Eisenschwamm durch Reduktion mittels CO- und H₂-haltiger Gase weiter zu verbessern. Dabei soll insbesondere auf die sogenannte Innenverbrennung mit all ihren Nachteilen verzichtet werden, und außerdem sollen die aus der Reduktionszone austretenden Abgase einer wirtschaftlichen Nutzung zugeführt werden, so daß sich eine in sich geschlossene Energiewirtschaft ergibt

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und beim beanspruchten Verfahren ein geringer eisenerzkonzentrat, wird aus dem Vorratssilo 1 über Staubanfall und wenig Emissionen zu verzeichnen die Förderrinne 2 von oben in den leicht geneigt ansind, geordneten Drehrohrofen 3 eingeführt. Das Aus-

Das beanspruchte Verfahren zur Erzeugung von gangsmaterial bewegt sich dabei im Gegenstrom zum Eisenschwamm durch Reduzierung von feinkörnigem 5 CO- und H,-haltigen Gas, das im Staubvergaser 4 bis staubförmigem oxydischem Eisenerz mittels erzeugt worden ist, von oben nach unten durch den eines CO- und H.y-haltigen Gases, das durch Ver- Drehrohrofen. Die Temperatur im Drehrohrofen begasen von festen oder flüssigen Brennstoffen, insbe- trägt dabei etwa 950° C. Das Gas hat dabei folgende sondere von Brennstoffstaub, mit Sauerstoff erzeugt Zusammensetzung:
worden ist und das hn Gegenstrom zum Eisenerz von io _rn . „ _{n v} ,
unten nach oben durch einen aeneigten, die Reduk- pX- ' "'T Volumprozent
tionszone bildenden Drehrohrofen geleitet wird, ist h , γΙ X° ^umP^rozei"
dabei dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit einer 5% ¹A ™ mmprozent
Temperatur von 1250 bis 1500° C in den Drehrohr- pj"⁴ 08 Volum rozent
ofen eingeleitet und nach dem Austritt aus demselben ,_{5 N}* ^₆ volZErozellt
verdichtet und unter Druck verbrannt wird, wobei ^{2 K}

die bei der Entspannung des dabei anfallenden Ver- und wird mit einer Temperatur von i400°C über

brennungsgases gewonnene Energie zur Verdichtung die Einblasevorrichtung 5 in den Drehrohrofen ein-

der zur Durchführung des Verfahrens benötigten Luft geblasen. Die Einblasevorrichtung 5 weist dabei an

und/oder zur Verdichtung des aus dem Drehrohrofen 20 ihrer Unterseite den Schlackenabstich 6 auf, durch

austretenden Gases herangezogen wird. den etwa aus dem Staubvergaser noch ausgetragene

Das erfindungsgemäße Verfahren verzichtet also Schlacke abgezogen werden kann. Der Abzug des

auf eine sogenannte Innenverbrennung und führt statt Eisenschwammes erfolgt bei 7 an der Unterseite des

dessen die für den Reduktionsprozeß erforderliche Drehrohrofens. Der Brennstoffstaub (Staubkohle)

Wärme — die Reduktionstemperatur im Drehrohr- 25 wird aus dem Vorratssilo 8 über die Förderleitung 9

ofen soll bei etwa 950° C liegen — dadurch zu, daß in den Staubvergaser 4 eingeschleust. Die aus dem

das CO- und H₂-haltige Gas, das die Reduktion be- Drehrohrofen austretenden heißen Gase haben fol-

wirkt, mit einer Temperatur von 1250 bis 1500⁰C gende Zusammensetzung:

in den Drehrohrofen eingeführt wird Solche Tempe- _{co n$ Volumprozent}

raturen lassen sich bei der vorgeschalteten Vergasung 30 „„- . „ ^, Volumprozent

von Brennstoffstaub mit Sauerstoff, die ja der Er- „ ,'. v_oi_ump_rozent

zeugung dieses Gases dient, ohne weiteres einstellen. pj·. 12 VoI m ο ent

Durch die Druckverbrennung des aus dem Drehrohr- _R J J_ Volumprozent

ofen austretenden Gases wird der Heizwert dieses - 3,0 Volumprozent

Gases zur Erzeugung eines unter Druck stehenden 35 ^r

Verbrennungsgases genutzt, dessen Energie wiederum _und einen Heizwert von 810kcal/Nm³ und werden

zur Verdichtung der zur Durchführung des Verfah- durch die Leitung 10 dem Verdichter 11 zugeführt,

rens benötigten Luft und/oder zur Verdichtung des Das auf etwa 10 Atmosphären verdichtete Gas ge-

aus dem Drehrohrofen austretenden Gases heran- i_angt durch die Leitung 12 in die Druckbrennkammer

gezogen wird. Dies geschieht dadurch, daß die heißen 40 13, wo es mit ebenfalls auf einen Druck von 10 Atmo-

Verbrennungsgase in einer Turbine entspannt werden, Sphären verdichteter Luft verbrannt wird. Diese Luft

die mit dem oder den Verdichtern gekoppelt ist. Diese wird der Druckbrennkammer durch die Leitung 14

Arbeitsweise in vor allem dann besonders wirtschaft- zugeführt. Das dabei anfallende Verbrennungsgas,

lieh, wenn der für die Vergasung des Brennstoff- das ja noch unter Druck steht, gelangt durch die

staubes benötigte Sauerstoff nicht aus fremder Quelle 45 Leitung 15 zur Turbine 16, in der es entspannt wird,

preisgünstig zur Verfügung steht und deshalb speziell Das entspannte Verbrennungsgas wird durch die

für den genannten Zweck in einer besonderen Tief- Leitung 17 dem Kamin zugeführt. Die Turbine 16 ist

temperaturanlagc gewonnen werden muß über die Welle 18 mit den Verdichtern 11 und 19

In diesem Falle wird so gearbeitet, daß nur ein gekoppelt und treibt diese an. Der Verdichter 11

Teil der verdichteten Luft in der vorgeschalteten 50 dient dabei, wie bereits gesagt, der Verdichtung des

Druckverbrennung verbraucht wird, während der Gases vor dem Eintritt in die Druckbrennkammer 13,

andere Teil in einer Tieftemperaturanlage unter Ge- während der Verdichter 19 der Verdichtung der zur

winnung des für die Vergasung des Brennstoffstaubes Durchführung des Verfahrens benötigten Luft dient,

benötigten Sauerstoffes zerlegt wird. Damit ist jedoch Gegebenenfalls können zur Kraftübertragung von der

der Kreislauf der Gasströme geschlossen und aus dem 55 Welle 18 auf die Verdichier 11 und 19 noch dazwi-

Prozeß entweichen nur die entspannten Verbren- schengeschaltete Getriebe vorgesehen sein. Diese sind

nungsgase der Druckverbrennung sowie der bei der zur Vereinfachung jedoch in der Zeichnung nicht dar-Luftzerlegung in der Ticftemperaturanlage anfallende gestellt. Die Luft wird durch die Leitung 20 in den

Stickstoff. Verdichter 19 eingesaugt und gelangt mit einem

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfah- 60 Druck von etwa 10 Atmosphären in die Leitung 21, rcns soll an Hand des in der Abbildung dargestellten von der einerseits die Leitung 14 und andererseits

Fließschemas noch näher erläutert werden. Zur Ver- die Leitung 22 abzweigt. Durch die Leitung 14 geeinfachung der Darstellung sind dabei nur die für langt, wie bereits gesagt wurde, eine Teilmenge der

die Durchführung des Verfahrens unbedingt erforder- komprimierten Luft in die Druckbrennkammer 13,

liehen Einrichtungen dargestellt worden. Nebencin- 65 während durch die Leitung 22 die andere Teilmenge

richtungen, wie Pumpen, Kühler, Wärmeaustauscher, zur Tieftemperaturanlage 23 gefördert wird, in der

Motoren usw., sind dabei weggelassen worden. die Luftzerlegung erfolgt. Der dabei entstehende

Das Ausgangsmaterial, ein staubförmiges Ftin- Stickstoff wird durch die Leitung 24 abgeführt, wäh-

rend der erzeugte Sauerstoff durch die Leitung 25 in den Slaubvergaser gelangt. Damit hat sich jedoch der Kreislauf der Gasströme geschlossen. Durch die Leitung 26 kann noch gegebenenfalls CO₂-reiches Gichtgas in den Sauerstoffstrom in Leitung 25 eingeschleust werden. Der bei 7 abgezogene Eisenschwamm wird in einer gesonderten Vorrichtung in bekannter Weise niedergeschmolzen.

Für ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitendes Hüttenwerk mit einer Tagesleistung von etwa 5000 Tonnen Eisenschwamm werden dabei fünf Drehrohrofen mit einem Durchmesser von 4 m und einer Länge von 80 m benötigt. Eine derartige Anlage zeichnet sich dabei durch folgende Vorteile aus: Geringe Aufberciuingskosten der Einsalzstoffe, gute, in sich geschlossene Energiewirtschaft, geringer Staubanfall und wenig Emissionen.

Der wirtschaftliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich auch aus einem Vergleich des Energiebedarfes. Unter Zugrundelegung einer Tageskapazilät von 5000 Tonnen Eisenschwamm werden bei Anwendung des Hocliofenprozesses etwa 600 kg Koks je Tonne Fe benötigt. Das entspricht einem ίο Energiebedarf von 4,1 · 10" kcal/t Fe. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden dagegen nur 475 kg Staubkohle je Tonne Fe benötigt. Das entspricht einem Energiebedarf von nui 3,04 · 10" kcal/t Fe.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung von Eisenschwamm durch Reduzierung von feinkörnigem bis staubförmigem oxydischem Eisenerz mittels eines CO- und H,-haltigen Gases, das durch Vergasen von festen oder flüssigen Brennstoffen, insbesondere von Brennstoffstaub, mit Sauerstoff erzeugt worden ist und das im Gegenstrom zum Eisenerz von unten nach oben durch einen geneigten, die Reduktionszone bildenden Drehrohrofen geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit einer Temperatur von 1250 bis 1500° C in den Drehrohrofen eingeleitet und nach dem Austritt aus demselben verdichtet und unter Druck verbrannt wird, wobei die bei der Entspannung des dabei anfallenden Verbrennungsgases gewonnene Energie zur Verdichtung der zur Durchführung des Verfahrens benötigten Luft und/oder zur Verdichtung des aus dem Drehrohrofen austretenden Gases herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der verdichteten Luft in der vorgeschalteten Druckverbrennung verbraucht wird, während der andere Teil in einer Tieftemperaturanlage unter Gewinnung des für die Vergasung des Brennstoffstaubes benötigten Sauerstoffes zerlegt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Druckveibrennung anfallenden heißen Verbrennungsgase in einer Turbine entspannt werden, die mit dem Luft- und/oder Gasverdichter gekoppelt ist.