DE19538591C1

DE19538591C1 - Verfahren zur Aufkohlung von Eisenschwamm

Info

Publication number: DE19538591C1
Application number: DE19538591A
Authority: DE
Inventors: Gerd Elsenheimer; Karl-Heinz Fischer
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1995-10-17
Filing date: 1995-10-17
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2015-10-18
Also published as: ZA968730B; CN1158901A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufkohlung von körnigem Eisenschwamm, der in einer Reduktionszone in Gegenwart von festem oder gasförmigem Reduktionsmittel bei Temperaturen im Bereich von 800 bis 1100°C erzeugt wird.

Bei der üblichen Erzeugung von Eisenschwamm, z. B. im Drehrohrofen oder auch im Schachtofen, ist der Eisenschwamm mit dem Nachteil eines sehr niedrigen Kohlenstoffgehaltes behaftet. Diesen Nachteil noch im Drehrohrofen zu beheben, ist auf einfache Weise nicht möglich. Im US-Patent 4 897 113 wird beschrieben, wie man in einem Schachtofen unterhalb der Reduktionszone eine Karburierzone vorsieht, um dort Kohlenwasserstoffe und insbesondere Erdgas einzuleiten. Hierdurch wird die Installation aufwendiger und der Betrieb des Reduktionsofens komplizierter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Aufkohlung des Eisenschwamms auf leicht regelbare Weise entkoppelt vom Reduktionsofen durchzuführen.

Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß man den Eisenschwamm aus der Reduktionszone in einen Verweilbehälter leitet, daß man den Eisenschwamm im Verweilbehälter mit gasförmigen, dampfförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen in direkten Kontakt bringt wobei man den Verweilbehälter bewegt und daß die Temperatur des Eisenschwamms im Verweilbehälter mindestens 750°C beträgt.

Der Verweilbehälter, in welchem der heiße Eisenschwamm aufgekohlt wird, wird kontinuierlich oder periodisch zum Füllen des Behälters mit dem Reduktionsofen gekoppelt. Dieser Verweilbehälter kann z. B. gleichzeitig auch zum Transportieren und/oder Kühlen des Eisenschwamms dienen. Die Kühlung kann hierbei in üblicher Weise indirekt z. B. mittels Luft oder Wasser erfolgen. Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, die Kohlenwasserstoffe in ein Drehrohr zu leiten und dort z. B. zu versprühen. Das Drehrohr kann gleichzeitig dem Kühlen des heißen Eisenschwamms dienen.

Da man den Bereich, in welchem die Aufkohlung stattfindet, ganz oder weitgehend gegen die Umgebung abgeschlossen halten kann, läßt sich mit relativ geringem Einsatz an Kohlenwasserstoffen ein ausreichend großer Aufkohlungsgrad im Eisenschwamm erreichen. Wichtig ist hierbei auch, daß man ohne Schwierigkeiten den Eisenschwamm bei Temperaturen von mindestens 750°C und vorzugsweise mindestens 800°C in direkten Kontakt mit den Kohlenwasserstoffen bringt, währenddem die Diffusionsgeschwindigkeiten für den Kohlenstoff hoch sind, so daß bei kurzen Verweilzeiten eine weitgehend homogene Verteilung des Kohlenstoffs im Eisenschwamm erreicht wird. Der gewünschte Kohlenstoffgehalt des Eisenschwamms liegt üblicherweise im Bereich von 1 bis 2 Gew-%.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß man die Aufkohlung des Eisenschwamms in einem zum Kühlen des Eisenschwamms vorgesehenen Drehrohr durchführt, wie es z. B. in DE 44 06 382 A1 beschrieben ist. Der bekannte Drehrohrkühler weist zahlreiche, nach außen geführte Bypass-Rohre auf, deren Einlaß und Auslaß mit dem Innenraum des Drehrohrs in Verbindung stehen. Die Bypass-Rohre vergrößern beim indirekten Kühlen die Außenseite des Drehrohrs. Durch diese Bypass-Rohre wird der heiße Eisenschwamm periodisch geleitet und es ist vorteilhaft, die der Aufkohlung dienenden Kohlenwasserstoffe dann in eines oder mehrere Bypass-Rohre zu leiten, wenn sich dort eine mehr oder weniger große Menge an heißem Eisenschwamm befindet.

Ausgestaltungsmöglichkeiten des Verfahrens werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine einfache Ausführungsform des Verweilbehälters im Längsschnitt und

Fig. 2 einen Drehrohrkühler in schematischer Darstellung.

In Fig. 1 ist vereinfacht ein Behälter (1) dargestellt, der als Verweilbehälter zum Aufkohlen des heißen Eisenschwamms (2) dient. Bei diesem Behälter kann es sich gleichzeitig um einen Transportbehälter handeln, was aber in der Zeichnung nicht berücksichtigt wurde. Der Behälter weist einen Einfüllstutzen (3) und eine Bodenklappe (4) zum Entleeren auf. Die der Aufkohlung dienenden Kohlenwasserstoffe werden durch die Leitungen (6) in die Schüttung des Eisenschwamms (2) hinein verteilt. Der Eisenschwamm weist üblicherweise Körnungen im Bereich von 0-20 mm auf.

Fig. 2 zeigt ein Drehrohr (8), welches der kontinuierlichen Kühlung von heißem Eisenschwamm dient. Der heiße Eisenschwamm, der üblicherweise Temperaturen im Bereich von 800 bis 1100°C aufweist, kommt aus einer nicht dargestellten Reduktionszone z. B. einem Drehrohrofen, und wird durch den Kanal (9) dem Einlaßbereich (10) des Drehrohrs zugeführt. Das Drehrohr stützt sich in nicht dargestellter Weise auf zwei Laufringen (11) und (12) ab und es weist zahlreiche Bypass-Rohre (13), (14) und (15) auf. In der Praxis liegt die Zahl dieser Rohre im Bereich von 8 bis 30 oder mehr, wie aus DE-A 44 06 382 ersichtlich ist. Zum indirekten Kühlen des Eisenschwamms wird die Außenseite der Bypass-Rohre mit Kühlwasser aus einem Vorratsbehälter (17) besprüht, das über Düsen (18) oder ein Überlaufwehr austritt.

Die der Aufkohlung dienenden Kohlenwasserstoffe, z. B. Leichtöl oder Erdgas, werden aus einem nicht dargestellten Vorratsbehälter durch die ortsfeste Leitung (19) herangeführt und strömen über das mit einer Gleitdichtung versehene Gehäuse (20) durch die Leitung (21) zu einer Ringleitung (22) und von da durch Stichleitungen (23) in die Rohre (13), (14) und (15). Die Leitungen (21), (22) und (23) sind mit dem Drehrohr (8) verbunden, die Leitung (21) ist in der Nähe des Gehäuses (20) durch den Mantel des Drehrohrs (8) hindurchgeführt.

Die Kohlenwasserstoffe werden durch die Stichleitungen (23) in das Innere der Rohre (13), (14) und (15) eingesprüht. Beim Drehen des Drehrohrs (8) um seine Längsachse befindet sich jedoch Eisenschwamm nicht ständig in allen Bypass-Rohren, vielmehr sind solche Rohre (13), während sie sich in der oberen Position befinden, leer. Da es nicht sinnvoll ist, Kohlenwasserstoffe in ein leeres Rohr einzusprühen, sind die Stichleitungen (23) mit Ventilen (24) versehen, um die Stichleitungen in gewünschter Weise zu öffnen und zu schließen. Die Steuerung der Ventile (24) erfolgt mit Hilfe des Steuergeräts (25) und den von diesem ausgehenden Signalleitungen (26). Auf diese Weise sorgt man dafür, daß Kohlenwasserstoffe nur dann in die Bypass-Rohre (14) und (15) eingesprüht werden, währenddem sich diese Rohre in einer unteren Position befinden und ganz oder weitgehend mit Eisenschwamm gefüllt sind. Dieser Eisenschwamm, der im Inneren des Drehrohrs bewegt und gewälzt wird, gelangt periodisch in die mit dem Drehrohr-Innenraum verbundenen Rohre (13), (14) und (15) und fließt beim Hochdrehen der Rohre während des Drehvorgangs des Drehrohrs zurück in den Innenraum des Drehrohrs.

Gekühlter und aufgekohlter Eisenschwamm wird aus dem Drehrohr (8) bei (29) abgezogen, z. B.. über eine nicht dargestellte Schurre. Die Temperaturen des Eisenschwamms liegen jetzt üblicherweise bei unter 100°C und der Kohlenstoff-Gehalt beträgt 0,8 bis 2,5 Gew.-%. Dieser Eisenschwamm kann nun zu Stahl weiterverarbeitet werden.

Beispiel

In einem Drehrohrofen von 4,8 m Durchmesser und 80 m Länge werden unter Zugabe von Kohle zur Reduktion und Dolomit zur Entschwefelung pro Stunde 20,8 t Eisenschwamm erzeugt. Die Reduktionstemperatur beträgt ca. 1040°C. Der Eisenschwamm wird mit einer Temperatur von 1010°C in einen Drehrohrkühler eingetragen, wie er im Prinzip in Fig. 2 dargestellt ist. Dieser Kühler hat einen Durchmesser von 3,6 m und eine Länge von 50 m. Der Drehrohrkühler ist mit 16 Bypass-Rohren ausgestattet, die etwa 3 m lang sind. Über die am Einlaufbereich der Rohre angeordneten Leitungen (23) werden pro Tonne Eisenschwamm 17,5 Liter Heizöl dann in die Rohre eingedüst, wenn sie mindestens zur Hälfte mit Eisenschwamm gefüllt sind. Dabei erfolgt eine Aufkohlung des Eisenschwamms vom anfänglichen Kohlenstoffgehalt von 0,15 Gew.-% auf 1,4 Gew.-%. Mit einer Temperatur von 90°C wird der aufgekohlte Eisenschwamm aus dem Drehrohrkühler ausgetragen.

Claims

1. Verfahren zur Aufkohlung von körnigem Eisenschwamm, der in einer Reduktionszone in Gegenwart von festem oder gasförmigem Reduktionsmittel bei Temperaturen im Bereich von 800 bis 1100°C erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man den Eisenschwamm aus der Reduktionszone in einen Verweilbehälter leitet, daß man den Eisenschwamm im Verweilbehälter mit gasförmigen, dampfförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen in direkten Kontakt bringt, wobei man den Verweilbehälter bewegt, und daß die Temperatur des Eisenschwamms im Verweilbehälter mindestens 750°C beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Eisenschwamm im Verweilbehälter indirekt mit Luft kühlt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Eisenschwamm im Verweilbehälter indirekt mit Wasser kühlt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Eisenschwamm in einem Drehrohr mit den Kohlenwasserstoffen in Kontakt bringt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verweilbehälter als Drehrohrkühler ausgebildet ist, der zahlreiche Bypass-Rohre zum Hindurchleiten von zu kühlendem Eisenschwamm aufweist, wobei man die Kohlenwasserstoffe in mindestens eines der Rohre einleitet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kohlenwasserstoffe periodisch abwechselnd in mindestens 2 Bypass-Rohre leitet.