DE1910147B2

DE1910147B2 - Verfahren zur Direktreduktion von eisenoxvdhaltigen Materialien im Drehrohrofen

Info

Publication number: DE1910147B2
Application number: DE1910147A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 6000 Frankfurt Reuter; Dietrich Dipl.-Ing. 6075 Offenthal Werner
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1969-02-28
Filing date: 1969-02-28
Publication date: 1979-06-21
Also published as: SE354081B; DE1910147A1; NL6919134A; US3684483A; GB1264452A; DE1910147C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Direktreduktion von eisenoxidhaltigen Materialien im Drehrohrofen unter Zusatz von festen pelletierten kohlenstoffhaltigen Materialien.

Die festen, kohlenstoffhaltigen Materialien dienen als Reduktionsmittel und erzeugen die gesamte oder einen Teil der erforderlichen Wärme für den Prozeß. Wird nun ein Teil der erforderlichen Wärme durch Verbrennung der kohlenstoffhaltigen Materialien gedeckt, so wird die restliche Wärmemenge durch Brenner in den Prozeß eingebracht. In jedem Fall muß jedoch zur Erzielung einer weitgehenden Metallisierung und zum Schutz des erzeugten Eisenschwammes gegen Reoxidation ein gewisser Überschuß an festen kohlenstoffhaltigen Materialien im Ofenaustrag enthalten sein. Dieser Überschuß muß - wenn nicht der

gesamte Ofenaustrag direkt einer Weiterverarbeitung z. B. im Elektroofen zugeführt wird - aus dem Ofenaustrag abgetrennt werden. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es erforderlich, daß der abgetrennte Überschuß der Brennstoffe wieder verwendet wird. Liegt er in einer Korngröße über etwa 1 mm vor, so kann er ohne Schwierigkeiten in den Prozeß zurückgeführt werden und mit der Beschickung in das Eintragsende des Drehrohrofens oder an einer Stelle hinter dem Eintragsende in den Drehrohrofen chargiert werden. Der Anteil des Überschusses mit einer Korngröße unterhalb etwa 1 mm läßt sich auf diese Weise jedoch schlecht verarbeiten, daß er im Drehrohrofen aufgewirbelt und zu einem beträchtlichen Teil mit den Abgasen aus dem Ofen ausgetragen wird.

Bei den bisher bekannten Verfahren trat ein beträchtlicher Verlust durch den Gehalt der Abgase an festen kohlenstoffhaltigen Materialien auf. Außerdem wurden die der Abgasseite nachgeschaltetet Verfah- > rensstufen mit diesem Anteil belastet. Deshalb wurden bisher vorwiegend solche kohlenstoffhaltigen Materialien verwendet, die einen möglichst geringen Anteil an einer Korngröße unterhalb etwa 1 mm im Ofenaustrag ergaben.

Es ist zwar möglich, den Feinkornanteil des Überschusses im Ofenaustrag in separaten Feuerungen zu verbrennen und so nutzbringend zu verwenden. Jedoch ist dieser Ausweg in vielen Fällen aus wirtschaftlichen Gründen nicht möglich.

Die GB-PS 1110667 behandelt die Aufgabenstellung, bei der Direktreduktion im Drehrohrofen flüssige Brennstoffe in großer Menge als Reduktionsmittel zu verwenden und trotzdem die bei der Aufheizung freiwerdenden flüchtigen Bestandteile und entstehenden Spaltprodukte weitgehend im Ofen für die Reduktion auszunutzen. Dazu werden poröse Trägerstoffe mit flüssigen Brennstoffen getränkt und in solche Zonen des Ofens chargiert, in denen die Beschickung bereits eine Temperatur von mindestens 600° C hat. Als poröse Trägerstoffe können u. a. stückige Kohlen oder Schwelkokse sowie Pellets aus kohlenstoffhaltigem Material verwendet werden. Beim Einsatz von solchen Pellets werden entweder verkokte Kohlepellets verwendet oder Pellets aus dem Kohlenstaub der Abgase, die - nicht wie üblich, unter Verwendung von Wasser, sondern - unter Verwendung der flüssigen Brennstoffe als Pelletierflüssigkeit hergestellt werden.

Diese Patentschrift gibt keinen Hinweis für eine Rückführung von überschüssigem Kohlenstoff in das Beschickungsende des Drehrohrofens.

Die Aufgabenstellung der Erfindung besteht darin, beim Verfahren der Direktreduktion von eisenoxidhaltigen Materialien im Drehrohrofen den im Ofenaustrag enthaltenen feinkörnigen Anteil der überschüssigen festen kohlenstoffhaltigen Materialien mit einer Korngröße unterhalb etwa 1 mm wieder in den Drehrohrofen zurückzuführen, ohne daß ein beträc!,t!icher Anteil des rückgeführten Materials in die Abgase geht. Insbesondere sollen auch feste kohlenstoffhaltige Materialien verarbeitet werden können, die zu einem beträchtlichen Teil im Drehrohrofen auf eine solche Korngröße zerfallen.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß der aus dem Ofenaustrag abgetrennte Überschuß der kohlenstoffhaltigen Materialien nach Abtrennung eines Teiles der Asche unter Zusatz von Wasser und Bindemitteln durch einen

Abrollvorgang pelletiert wird und die Pellets in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert werden.

Ein Teil der aus dem kohlenstoffhaltigen Material entstandenen Asche muß vor der Pelletierung entfernt werden, da sonst eine Anreicherung des Aschegehaltes eintreten würde. Zweckmäßigerweise wird die Fraktion aus dem Überschuß entfernt, die den höchsten Aschegehafr enthält. Im allgemeinen fällt der Überschuß des kohlenstoffhaltigen Materials nicht in der zur Peüetierung erforderlichen Korngröße an und muß deshalb zerkleinert werden.

Die Zerkleinerung des Überschusses des kohlenstoffhaltigen Materials auf die zur Pelletierung erforderliche Korngröße erfolgt vorzugsweise nach der Abtrennung eines Teiles der Asche, da auf diese Weise die Zerkleinerungskosten für die abgetrennte Asche wegfallen.

In einigen Fällen kann es jedoch für die Abtrennung der Asche erforderlich sein, daß der Überschuß des kohlenstoffhaltigen Materials in kleiner Korngröße vorliegt. In diesen Fallen wird der gesamte Überschuß auf die zur Pelletierung erforderliche Korngröße zerkleinert und dann vor der Pelletierung ein Teil der Asche abgetrennt.

Gemäß einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung wird nur der im Ofenaustrag mit einer Korngröße unterhalb etwa 1 mm anfallende Überschuß der kohlenstoffhaltigen Brennstoffe pelletiert. Der Überschuß mit einer Korngröße über etwa 1 mm kann ohne vorhergehende Pelletierung in den Ofen zurückgeführt werden, da die Verluste dieser Kornfraktion in den Abgasen wesentlich geringer sind als die der feinkörnigen Fraktion.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der zu pelletierende Übersch B an kohlenstoffhaltigen Brennstoffen zu 50 bis 80%, vorzugsweise etwa 60%, auf eine Korngröße unter 0,04 bis 0,06, vorzugsweise unter 0,05 mm, zerkleinert. Der erforderliche Zerkleinerungsgrad hängt von der gewünschten Festigkeit der Pellets und den Eigenschaften des kohlenstoffhaltigen Materials ab. Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Pellets in einer Korngröße bis zu 20 mm, vorzugsweise 8 bis 12 mm, hergestellt werden.

Vorzugsweise erfolgt die Herstellung der Pellets mit einem Wasserzusatz von bis zu etwa 40 Gew.-%.

Als Bindemittel werden vorzugsweise organische Bindemittel wie Pech und Teer, die vorzugsweise aus dem gleichen kohlenstoffhaltigen Material gewonnen wurden, in einer Menge bis zu 15 Gew.-% zugesetzt, oder anorganische Bindemittel wie z. B. Bentonit in einer Menge bis zu 3 Gew.-% oder Kesselasche in einer Menge bis zu 10 Gew.-% zugesetzt. Diese Bindemittel können auch im Gemisch verwendet werden.

Die Festigkeit der Pellets ist bereits ausreichend, wenn die Pellets etwa 2 bis 4 rn Ofenlänge nach ihrer Aufgabe in den Drehrohrofen ohne Zerfall überstehen. Die Festigkeit kann aber auch so «ingestellt werden, daß die Pellets die ganze Ofenlänge ohne nennenswerten Zerfall überstehen. Diese Festigkeiten werden ohne einen thermischen Härtungsprozeß erreicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert

In einem Drehrohrofen wurde als Frischkohle Rheinische Braunkohle folgender Zusammensetzung chargiert:

ίο Wassergehalt
Aschegehalt
C^-Gehalt
flüchtige Bestandteile
unterer Heizwert

10%
4,8%
45,5%
39,5%
5150 kcal/kg

Der Austrag des Drehrohrofens enthielt einen Kohlenstoff Überschuß von 10% bezogen auf den Erzeinsatz. Dieser Schwelkoks hatte einen Gehalt an Cp_x von 83,7%. Durch elektrostatische Magnetscheidung wurden aus dem Ofenaustrag 167 kg unmagnetisches Material pro t Eisenschwamm abgetrennt und durch Siebung in eine Fraktion < 1 mm und eine Fraktion > 1 mm separiert. Die Fraktion < 1 mm beträgt 50 kg und die Fraktion > 1 mm 117 kg. Aus der Fraktion < 1 mm wurden 2 kg abgetrennt und verworfen. Die restlichen 48 kg wurden in einer Mühle auf eine Korngröße von 60% unter 0,04 mm aufgemahlen, mit 3,5 kg Pech und 12,5 kg Wasser gemischt und auf einen Pelletierteller zu Pellets von durchschnittlich 10 mm Durchmesser pelletiert. Bei der Aufmahlung, Mischung und Pelletierung ging 5 kg Q₁ verloren, so daß die erzeugten 58 kg Grünpellets 35 kg Cp_x aus der Umlaufkohle enthielten. Diese Pellets und die Fraktion > 1 mm wurden in das Eintragsende des Drehrohrofens chargiert. Der gesamte Rücklaufkoks enthielt 133 kg C^.

Die Einsparung gegenüber einer Rückführung des Kohlenstoffüberschusses ohne die erfindungsgemäße Pelletierung betrug 26 kg Cp_x entsprechend 90 kg Frischkohle. Der Wärmeverbrauch wurde von 3 960000 kcal pro t Eisenschwamm auf 3 600000 kcal gesenkt.

In einem weiteren Versuch wurde die gesamte Fraktion < 1 mm aufgemahlen und danach 2 kg aus dieser Fraktion abgeschieden und verworfen. Dabei ergaben sich praktisch dieselben Werte.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß feste kohlenstoffhaltige Materialien eingesetzt werden können, die im Ofen stark zerfallen, und der Überschuß aus dem Ofenaustrag in wirtschaftlicher Weise wieder in den Drehrohrofen zurückgeführt werden kann. Solche Materialien sind z. B. Braunkohlen oder aschereiche Steinkohlen. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß diese Materialien auch in das Eintragsende eines Drehrohrofens chargiert werden können, dem die Beschickung heiß aufgegeben wird. Bei diesem Verfahren ist die Abgasgeschwindigkeit am Aufgabeende für die Beschickung besonders groß und feinkörnige Materialien werden von den Abgasen im starken Maße mitgerissen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Direktreduktion von eisenoxidhaltigen Materialien im Drehrohrofen unter Zusatz von festen, pelletierten, kohlenstoffhaltigen Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Ofenaustrag abegtrennte Überschuß der kohlenstoffhaltigen Materialien nach Abtrennung eines Teiles der Asche unter Zusatz von Wasser und Bindemitteln durch einen Abrollvorgang pelletiert wird und die Pellets in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überschuß des kohlenstoffhaltigen Materials nach der Abtrennung eines Teiles der Asche zerkleinert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überschuß des kohlenstoffhaltigen Materials auf die zur Pelletierung erforderliche Korngröße zerkleinert wird und vor der Fcilelierung ein Teil der Asche abgetrennt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur der mit einer Korngröße unterhalb etwa 1 mm anfallende Überschuß der kohlenstoffhaltigen Materialien pelletiert wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zu pelletierende Überschuß der kohlenstoffhaltigen Materialien zu 50 bis 80%, vorzugsweise etwa 60%, auf eine Korngröße unter 0,04-0,06 mm, vorzugsweise unter 0,05 mm zerkleinert wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pellets in einer Korngröße bis zu 20 mm, vorzugsweise 8-12 mm, hergestellt werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pellets mit einem Wasserzusatz von bis zu etwa 40 Gew.-% hergestellt werden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pellets unter Zusatz von bis zu 15 Gew.-% Teer und/oder Pech hergestellt werden.