DE1942541A1

DE1942541A1 - Verfahren zur Direktreduktion von eisenoxydhaltigen Materialien im Drehrohrofen

Info

Publication number: DE1942541A1
Application number: DE19691942541
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl-Ing Comes; Karl-Heinz Fischer; Gerhard Dipl-Ing Reuter; Fritz Dipl-Ing Rose; Wolfram Dipl-Ing Schnabel
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1969-08-21
Filing date: 1969-08-21
Publication date: 1971-03-04
Also published as: GB1307869A; NO130543B; ES380901A1; ZA703903B

Description

Nr.6313 LC Frankfurt/iiain, den 20.August 1969

-Schr/MBo.-

METAILGESELLSCHAFT i

Aktiengesellschaft
Frankfurt/Main

und

The Steel Company of Canada Limited,
Wilcoz Street, Hamilton,Ontario (Canada)

Verfahren zur Direktreduktion τοη eiaenoxydhaltigen Materialien im Drehrohrofen

Verfahren zur Direktreduktion von eisenoxydhaltigen Materialien, vorzugsweise Eisenerzen, zu Schwammeisen unterhalb des Schmelzpunktes in einem mit Hantelrohren versehenem Drehrohrofen mittels fester kohlenstoffhaltiger Reduktionsmittel, wobei die kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel auf der Oberfläche des Beschickungsbettes kontinuierlich im Gleichstrom mit don Ofengaaen in der Reduktionszone, verteilt werden.

Bei der Erzeugung von Schwammelsön im'Drehrohrofen mittels kohlenstoffhaltiger Reduktionsmittel ist es erforderlich, einen Überschuss an Reduktionsmitteln im Ofenaustrag aufrecht zu halten, damit der gewlinachte Metallisierungsgrad erreicht und eine Reoxydation des Bohwammslsens sowie ain Sintern dtr Öeaohlokung und damit Änaafczbilrlims?' versrl^dsn wird»

Erzielung einer grossen spezifischen Ofenraumbelastung ist es jedoch erforderlich, dass der Überschuss an Reduktionsmitteln möglichst gering gehalten und mit einer möglichst hohen Temperatur gearbeitet wird. Weiterhin sollen der Zusatz an Entschwefelungsmitteln und der Wärmebedarf möglichst gering sein.

Ein bekanntes Verfahren der Direktreduktion arbeitet mit einem Überschuss von 15 $> Kohlenstoff, bezogen auf den Erzeinsatz, bei einem Reduktionsgrad von 95 Ί° und einem Überschuss von 5 i» Kohlenstoff bei einem Reduktionsgrad von 60 $> (USP 3 235 375).

Beim Einsatz von Griinpellets betragen die entsprechenden Werte 50 bzw. 5 ^ (Canadisches Patent 754 084). Die spezifische Durcheatzleietung beträgt 0,5 - 1,4 t/m⁵ - 24 h.

Ein weiterer Vorschlag schreibt aus Sicherheitsgründen einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 10 $ im Ofenaustrag vor, wenn Koksgru3 mit einer Korngrösse von 0 - 3 mm und Zusatzheizung verwendet werden. Wird das Reduktionsmittel in grösserer Korngrösse verwendet, so muss der Überschuss grosser sein. Beim Verzicht auf die Zusatzheieung und Verwendung von Braunkohle als Reduktionsmittel wird mit einer Korngrösse von 0 - 20 mm gearbeitet. Der Zusatz an Entschwefelungsmitteln

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in einer Korngrösse von 1 - 3 mm beträgt etwa 6 fo "bei einem Schwefelgehalt des Schwammeisens von 0,03 - 0,06 fo. Die spezifische Durchsatzleistung "beträgt bei hohen Reduktionsgraden 0,87 t/m . 24 h. Die maximale Reduktionstemperatur beträgt 1000 - 1060⁰C. (Stahl und Eisen 85, 1965, Seiten 1373-1378).

Diese Verfahren haben folgende Nachteile:

Der Überschuss an Reduktionsmitteln muss aus wirtschaftlichen Gründen abgetrennt und in dem Drehrohrofen zurückgeführt werden. Das Reduktionsmittel neigt jedoch zumeist dazu, während der Ofenreise aufgrund seiner grossen Oberfläche andere, insbesondere feinkörnige Seschickungskomponenten anzulagern, wodurch der Schmelzpunkt der Kohlenasche oft bis unter die Reduktionstemperatur erniedrigt wird. Dadurch entstehen dann Ofenansätze. Weiterhin nimmt der Überschuss an Reduktionsmittel bzw. der Rücklauf aufgrund seines niedrigen Schüttgewichtes! verglichen mit der Metallkomponente, ein relativ grosses Ofenvolumen ein, das für den Durchsatz an Metallkomponente verloren geht, weil es die Verweilzeit der Metallkomponente verringert. Ausserdem muss in jedem Falle das umlaufende Reduktionsmittel auf Reduktionstemperatur gebracht werden und im Austrag wieder abgekühlt werden. Dadurch ergibt sich eine längere Aufheizzeit, grosserer Wärmeverbrauch und eine gross ere Austragsmenge, die abgekühlt

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werden muss.

Die spezifische Ofenraumbelastung kann aus den obengenannten Gründen nicht mehr gesteigert werden. Der Zusatz an Entschwefelungsmitteln muss relativ hoch bemessen werden. Die Reduktionstemperatur muss bei geringerem Kohleüberschusa niedrig gehalten werden. Soll mit höheren Temperaturen gearbeitet werden, so muss der Kohleübersohuss erhöht werden.

Ein weiteres bekanntes Verfahren (Pranzösiaohes Patent 1 564 446) verringert den erforderlichen überschuss «η Kohlenstoff ia Ofenaustrag auf 2 - 15 ^, vorzugsweise 4 - 10 ?ί, bezogen auf den Einsatz an eisenoxydhaltigern Material. Bei dieses Verfahren wird in jeden Sektor der Reduktionszone nur soviel kohlenstoffhaltiges Material eingebracht, dass die in dem jeweiligen Sektor unter den vorliegenden Betriebsbedingungen verbrauchte Menge an kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel ersetzt wird, und die Kohlenstoffkonzentration in jedem Sektor möglichst der Kohlenstoffkonzentration im Ofenaustrag jeweils, bezogen auf den Einsatz an eisenoxydhaltigen Materialien, angenähert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses bekannte Verfahren noch su verbessern und dis Durcn·at«leistung des Drehrohrofen· auch bei hohen Metallisierungegraden von z.B. über 95 £ zu erhöhen, wobei gleichzeitig der erforderliche

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Kohl ens toff bedarf und Kohlenstoffüberschuss im Ofenaustrag gesenkt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass als Reduktionsmittel hochreaktionsfreudige Kohlen verwendet werden, die bei der Ofentemperatur zerfallen., diese Kohlen mindestens über die Länge der Reduktionszone verteilt werden, und die Durehsatzleiatung dee Ofens so eingestellt wird, dass bei des gewünschten Metallisierungsgrad der Kohlenstoffgehalt im Ofenaustrag unter 1,5 ίί» bezogen auf den Einsatz an eisenoxydhaltigem Material liegt. Yorsugsweise liegt der Kohlenstoffgehalt im Ofenauetrag bei 0,6 - 1 Ji, bezogen auf den Einsatz an eisenozydhaltige» Material.

Unter Reduktionszone wird dabei die Zone verstanden, in der ein Sauerstoffabbau erfolgt.

Unter hochreaktlonsfreudigen Kohlen sind solche Kohlen zu verstehen, deren Kohlenstoff sich mit CO₂ gemäss der

Boudouard-Beaktioa CO₂ + C ψ 2 00 bei 1000⁰C nahesu

theoretisch umsetst. Die praktische Bestimmung der Beaktionsfreudigkeit erfolgt durch Überleiten von C0₂-<Jas bsi 100O⁰C über Kohle, die bei 1000⁰C eatgaat wurde. Der Abbau des Kohlenstoffs durch die Beaktion von CO₂ zu 00 in der Zeiteinheit wird gesessen und in cm* CO ausgedruckt.

Oraaa C . °0 . seo Man erhält s.B. für Anthrazite Werte uater 1_t für 3asflamm-

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kohlen Werte zwischen 1 und 2 und für die erfindungsgemäss verwendeten Kohlen Werte über 3, vorzugsweise über 5. Diese hohe Reaktionsfreudigkeit gestattet einen praktisch vollständigen Abbau des Kohlenstoffes zum Zwecke der Reduktion, so dass durch die erfindungsgemässe Einstellung der Durchsatzleistung im Ofenaustrag nur noch ein sehr geringer Kohlenstoffgehalt als Überschuss enthalten ist.

Eine weitere Bedingung für das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass die Kohlen bei der Aufheizung auf die Temperaturen der Reduktionszone stark zerfallen. Die Temperatur in der Reduktionszone beträgt 600 - 1300⁰C, vorzugsweise 1000 - 120O⁰C.

Die Kohlen werden möglichst entsprechend dem Sauerstoffabbau über die Reduktionszone verteilt, so dass für die Reduktion überall gerade so viel Kohle zur Verfügung steht, wie örtlich benötigt wird. Der Ofen ist dadurch in der Reduktionszone mt&genmässig optimal gefüllt und weist keine oder nur geringe Schwankungen im Füllungsgrad auf.

Gemäss einer bevorzugten Ausführung der Erfindung, wird die Durchsatzleistung so eingestellt, dass bei dem gewünschten Metallisierungsgrad der Kohlenstoffgehalt in Ofenaustrag unter 0,5 ^* bezogen auf den Einsatz an eisenozydhaltigem Material beträgt und an den Eisenschwamm angelagert iat. Darunter ist solcher Kohlenstoff zu verstehen, der sich durch

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Siebung und Magnetscheidung nicht mehr vom Eisenschwamm abtrennen lässt. Dieser Kohlenstoff wird durch Krackreaktionen der in der Kohle enthaltenen Kohlenwasserstoffe und durch Bildung von Spaltkohlenstoff gebildet. Pur diese Reaktionen ist der gebildete Eisenschwamm infolge seiner grossen inneren Oberfläche ein guter Katalysator. Ein Abbau dieses Kohlenstoffes ist nicht mehr möglich, da sonst Reoxydationserscheinungen des Eisenschwammes eintreten. Bei Schwankungen im Ofenbetrieb müssen zur Sicherheit etwa 0,1 - 0,7 $> Kohlenstoff darüberhinaus im Ofenaustrag eingehalten werden.

Wird der Ofen im Gegenstrom zwischen Beschickung und Ofengasen betrieben, so werden die Reduktionsmittel vorzugsweise vom Austragsende mittels eines Trägergases eingeblasen oder mechanisch eingetragen. Dabei kann die Verteilung mittels einer Einblasvorrichtung unter Verwendung eines breiten und ausgewählten Kornspektrums der Reduktionsmittel erfolgen, wobei die Verteilung aufgrund der unterschiedlichen Masse der einzelnen Komgrössen erfolgt. Es können auch mehrere Einblasvorrichtungen verwendet werden, deren Neigungen zur Ofenachse variiert werden können. Bei einer Arbeitsweise im Gleichstrom kann das Reduktionsmittel mit der Beschickung aufgegeben werden, jedoch tritt dann an der Aufg&beeeite des Ofens ein starker Überschuss an kohlenstoffhaltigem Material auf, der einen grossen Teil des verfügbaren

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Ofenquerschnittes ausfüllt. Deshalb wird zweckmässigerweise ein 0?eil des Reduktionsmittels eingeblasen.

G-emäss einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden als . Reduktionsmittel Braunkohlen verwendet, da diese für das Verfahren besonders geeignet sind. Weiterhin sind bestimmte lignite gut geeignet.

Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass als Reduktionsmittel Kohlen mit basischem Aschegehalt verwendet werden, deren Aschen als Entschwefelungsmittel dienen. Dabei ist ein Zusatz von anderen schwefelbindenden Stoffen nicht erforderlich. Falls ein solcher Zusatz notwendig ist, werden diese Stoffe, wie Kalkstein und Dolomit, in das Eintragsende chargiert oder in das Austragsende eingeblasen.

Eine weitere Ausführung der Erfindung besteht darin, dass die Aschebestandteile der Kohlen mit den Abgasen aus dem Drehrohrofen auegetragen werden.

Diea· Arbeitsweise ist infolge des starken Zerfalle der Reduktionsmittel und entsprechenden Einstellung der Gasgeschwindigkeit in Ofen möglioh und ergibt den Vorteil, dasβ im Ofenauetrag praktisch keine Asche enthalten iat. .

Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung besteht darin,

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dass die Luftverteilung über die Länge des Ofens so geregelt wird, dass die in den jeweiligen Ofenabschnitten für die Erzeugung der Reduktionswärme durch Verbrennung der aus der Kohle ausgetriebenen flüchtigen Bestandteile erforderliche Luftmenge dosiert zugegeben wird und der Luftbedarf an keiner Stelle im Ofen zur Oxydation der bereits reduzierten Eisenoxyde führt.

Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht mehrere besonders wirtschaftliche Weiterverwendungen des erzeugten Eisenschwanmes, da der Überschuss an Kohlenstoff im Austrag sehr gering ist und in den meisten Fällen keine schwefelbindenden Stoffe und keine oder nur geringe Mengen an Asche vorhanden sind.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung besteht deshalb darin, dass der Ofenaustrag ohne Kühlung und Aufbereitung direkt oder über Zwischenbunker in Stahl- oder Roheisenerzeugungsöfen chargiert wird. Dadurch entfällt jede Nachbehandlung des Schwammeisens und die in ihm enthaltene Wärme wird weitgehend ausgenutzt. Die Chargierung in die öfen kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Weiterverarbeitung in Lichtbogen-Ofen su Stahl.

falle sin· feuerfest« Auskleidung der

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werden soll, erfolgt die Arbeitsweise in der Weise, dass der Ofenaustrag auf 600 - 900⁰C gekühlt wird und danach ohne Aufbereitung über Zwischenbunker in Stahl- oder Roheisenerzeugungsöfen chargiert wird.

Gemäss einer weiteren Ausführung werden die einzelnen Eisenschwammfraktionen im Ofenaustrag durch Heissabsiebung getrennt und getrennt einer Weiterverarbeitung zugeführt. Diese Arbeitsweise wird angewendet, wenn die Weiterverarbeitung bestimmte Korngrössen des Eisenschwammes erfordert oder ein unmagnetischer Anteil - der in kleinerer Korngrösse vorliegt abgetrennt werden soll, und der grobe Eisenschwamm heiss weiterverarbeitet werden soll.

Die abgetrennte Fraktion wird vorzugsweise vor der Weiterverarbeitung gekühlt, um eine Reoxydation zu verhindern. Bei dieser Arbeitsweise wird der Kühler wesentlich entlastet, da nur ein Teil des Ofenaustrages gekühlt werden muss.

Eine Ausführung der Erfindung besteht darin, dass der Ofenaustrag gekühlt wird und ohne Abtrennung der unmagnetischen Bestandteile weiterverarbeitet wird. Diese Arbeitsweise ist möglich, da der Ofenaustrag bei der erfindungsgenassen Arbeitsweise nur geringe unmagnetische Bestandteile - Asche, Kohlenstoff - enthält.

Yor der Weiterverarbeitung kann durch Siebung eine Klassierung in Kornfraktionen erfolgen,

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Palls der nicht an den Eisenschwamm angelagerte Kohlenstoff in der nachfolgenden Weiterverarbeitungsstufe unerwünscht ist, Kann er durch Siebung und/oder Magnetscheidung abgetrennt werden und vorzugsweise mit der Frischkohle in den Ofen zurückgeführt werden, wobei er eine entsprechende Kohlenstoffmenge der Irischkohle ersetzt. Er kann auch in das Eintragsende des Drehrohrofens chargiert werden, wo er jedoch einen Teil des verfügbaren Ofenquerschnittes wegnimmt.

Es ist grundsätzlich möglich einen Teil des erforderlichen Reduktionsmittels am Eintragsende des Drehrohrofens aufzugeben und mit demselben geringen Überschuss an Kohlenstoff im Austrag auszukommen, Jedoch geht dann die Durchsatzleistung des Drehrohrofens zurück, da die in das Eintragsende chargierte Kohle infolge ihres geringen Schüttgewichtes sehr viel Ofenraum beansprucht, der infolge des beschränkt möglichen Püllungsgrades nicht vom Erz eingenommen werden kann.

Die Eisenerze können in vorgewärmtem Zustand in den Drehrohrofen chargiert werden. Die Vorwärmung - möglichst auf Reduktionstemperatur - erfolgt zweckmäeeigerweise auf Wanderrosten oder in Schachtöfen, die im Querstromprinzip betrieben werden.

- Patentansprüche -10 981071075

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1) Verfahren zur Direktreduktion von eisenoxydhaltigen Materialien, vorzugsweise Eisenerzen, zu Schwammeisen unterhalb des Schmelzpunktes in einem mit Hantelrohren versehenem Drehrohrofen mittels fester kohlenstoffhaltiger Reduktionsmittel, wobei die kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel auf der Oberfläche des Beschickungsbettes kontinuierlich im Gleichstrom mit den Ofengasen in der Reduktionszone verteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Reduktionsmittel hoohreaktionsfreudige Kohlen verwendet werden, die bei der Ofentemperatur zerfallen, diese Kohlen mindestens über die Länge der Reduktionszone verteilt werden, und die DurohsatzIeistung des Ofens so eingestellt wird, dass bei dem gewünschten Metallisierungegrad der Kohlenstoffgehalt im Ofenaue trag unter 1,5 ^, bezogen auf den Einsatz an eisenoxydhaltigern Material liegt.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffgehalt i» Ofenauetrag 0,6 - 1 £ beträgt, »»sogen iuf dem Sinsats an elsenoxydhaltige» Material.

S.

3) Verfahren naoh Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daee der Kohlenstoffgehalt im Ofeaaustrag unter 0,5 Jt,

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bezogen auf den Einsatz an eisenoxydhaltigem Material beträgt und an den Eisenschwamm angelagert ist.

4) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Reduktionsmittel Braunkohle verwendet wird.

5) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Reduktionsmittel Kohlen mit basischem Aschegehalt verwendet werden, deren Aschen als Entschwefelungsmittel dienen.

6) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5_S dadurch gekennzeichnet, dass die Aschebestandteile der Kohlen mit den Abgasen aus dem Drehrohrofen ausgetragen werden.

7) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftverteilung über die Länge des
Ofens so geregelt wird, dass die in den jeweiligen Ofenabschnitten für die Erzeugung der Seduktionawärme durch Verbrennung der aus der Kohle ausgetriebenen flüchtigen Bestandteile erforderliche Luftmeng· dosiert sugegeben wird und der luftbedarf an keiner Stelle ia Ofem but Oxydation der bereits redusierten Eisenoxide führt.

8) Verfahren naoh den Ansprüchen 1 bis 7» daduroh gekenmleiohnet, dass der Ofenaustrag ohne Kühlung uin

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Aufbereitung direkt oder über Zwischenbunker in Stahloder Roheisenerzeugungsöfen chargiert wird.

9) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 71 dadurch gekennzeichnet, dass der Ofenaustrag auf 600 - 900⁰O gekühlt wird und danach ohne Aufbereitung über Zwischenbunker in Stahl- oder Roheisenerzeugungsöfen chargiert wird.

10) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Eis ens chwammf raktionen im Ofenaustrag durch Heissabsiebung getrennt werden und getrennt einer Weiterverarbeitung zugeführt werden.

11) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eisenschwammfraktion vor der Weiterverarbeitung gekühlt wird.

12) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofenaustrag gekühlt wird und ohne Abtrennung der unmagnetischen Bestandteile weiterverarbeitet wird.

13) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Weiterverarbeitung durch Siebung eine Klassierung in Kornfraktionen durchgeführt wird.

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14) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, dass der nicht an den Eisenschwamm angelagerte Kohlenstoff aus dem Ofenatistrag abgetrennt und mit der Frischkohle in den Ofen zurückgeführt wird.

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