DE1958845B1

DE1958845B1 - Verfahren zur Herstellung von Gruenpellets aus Eisenerz

Info

Publication number: DE1958845B1
Application number: DE19691958845
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl-Ing Heinrich; Uwe Dr-Ing Schierloh
Original assignee: Huettenwerk Oberhausen AG
Current assignee: Huettenwerk Oberhausen AG
Priority date: 1969-11-24
Filing date: 1969-11-24
Publication date: 1971-08-05
Also published as: AU2049470A; AT317948B; CA923709A; ES385545A1; SE366063B; CH540339A; BE755726A; ZA706543B; IL35431A0; FR2068600B1; FR2068600A1; LU61636A1; GB1321858A; IL35431A; NO128118B; US3765869A; NL7017184A; JPS5021134B1

Description

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von sondere Bild 6 und 7, S. 172) die Grünfestigkeit zu unmittelbar, d. h. ohne vorgeschalteten Brennvorgang, steigern. Ein Erfolg konnte jedoch erst erzielt werden, in Direktreduktionsanlagen einsetzbaren Grünpellets wenn nach langer Auslagerungszeit in natürlicher aus pelletierfähigem Eisenerz. Dazu wird im allge- Atmosphäre der Feuchtigkeitsgehalt der Grünpellets meinen das Eisenerz mit einem Bindemittel gemischt 5 abnahm. Man wird jedoch bestrebt sein, unter Um- und die Mischung mit üblichen Pelletiereinrichtungen gehung der Auslagerung von Grünpellets, die techpelletiert. Die Festigkeit solcher Grünpellets während nische und wirtschaftliche Nachteile mit sich bringt, des Reduktionsvorganges ist nicht befriedigend. Die die Grünpellets mit ihrer natürlichen Feuchte direkt Praxis arbeitet daher zumeist mit gebrannten Pellets, in die Direktreduktionsanlage einzusetzen. Dann aber die dazu mit besonderen Bindemitteln pelletiert sind, io haben die zugesetzten Pelletrückgutmengen keinen und nimmt die erheblichen Nachteile des Brennvor- Einfluß auf die Festigkeit der Pellets in der Direktganges, aber auch störende Bindemitteleinflüsse beim reduktionsanlage. Auch gemahlener Eisenschwamm Reduktionsvorgang bzw. beim Weiterverarbeiten des beeinflußt hier die Festigkeit nicht (vgl. K. Meyer, erzeugten Eisenschwamms in Kauf. — Hier will die Dissertation, TH Aachen, 23.11. 68, vgl. Tab. 2 und 3, Erfindung Abhilfe schaffen. Im einzelnen ist zum 15 sowie S. 13).
Stand der Technik folgendes zu bemerken: Bekannt ist ferner, die Trockenfestigkeit von Pellets

Pellets aus Eisenfeinerz sind wegen ihrer meist durch Bindemittel, wie Stärke, zu verbessern. Solche gleichmäßigen Analyse begehrte Einsatzstoffe für Bindemittel sind nur bei vergleichsweise tiefen Tempeeisenschwammerzeugerrde Direktreduktionsanlagen, raturen wirksam, verlieren bei Beginn der Reduktionswenn sie gutartige Festigkeitseigenschaften während ao behandlung ihre Wirksamkeit und können daher die des Reduktionsvorganges aufweisen. Nachteilig ist Festigkeit der Pellets beim Reduktionsvorgang kaum jedoch, daß gutartige Festigkeitseigenschaften in der beeinflussen. Es ist daher vor der Verwendung der so Regel mit erhöhten, meist silikatischen und/oder ton- hergestellten Pellets ein vorsichtiges Brennen bei niederdehaltigen, jedenfalls schlackenhaltigen Bindemitteln rigen Temperaturen notwendig (vgl. deutsches Patent erreicht werden, die zudem erst voll wirksam werden, 25 1 023 780). Solche Bindemittel werden im folgenden wenn die mit solchen Bindemitteln versehenen Grün- als Niedrigtemperaturbindemittel bezeichnet. Nichtspellets gebrannt werden. Solche Bindemittel werden im destoweniger ist die Festigkeit während des Redukfolgenden als Hcchtemperaturbindemittel bezeichnet. tionsvorganges nicht befriedigend.
Die beschrieber.en Nachteile wirken sich in mehrfacher Endlich ist es bekannt, Eisenfeinerz zusammen mit Hinsicht kostensteigernd aus, vor allem in bezug auf 30 Zement zu pelletieren, der allmählich abbindet und den Aufwand für das Hochtemperaturhindemittel und so ebenfalls als Bindemittel den Pellets ihre Festigkeit den Brennvorgang. Zudem ist beim Einschmelzen der verleiht (Jonas Svensson, Berieht auf dem im Reduktionsaggregat erzeugten Eisenschwamm- 98. AnnualMeetingderAIME, 16 bis 20, Februar 1969, pellets in einem Stahlerzeugungsaggregat für die S. 1 + 8, Washington). Bei dieser Arbeitsweise wird Schlackenführung eine zusätzliche Kalkmenge erfor- 35 aber der Anteil der Schlackenbildner im Pellet wesentderlich, die zur Abbindung des meist silikatischen lieh gesteigert, was wiederum die Verarbeitungskosten Hochtemperaturtindemittels neben der natürlichen des daraus hergestellten Eisenschwamms im Stahlwerk Gangart notwendig ist. Diese zusätzliche Kalkmenge oder bei der Eisenpulverherstellung erhöhen muß.
und die für das Hcchtemperaturbindemittel und die Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zusätzliche Kalkmenge aufzubringende Schmelzwärme, 40 Verfahren anzugeben, mit dem auf einfache Weise ebenso das durch die vergrößerte Schlackenmenge Grünpellets erzeugt werden können, die für den verschlechterte Eisenausbringen, verteuern die Roh- unmittelbaren Einsatz in Direktreduktionsanlagen stahlgewinnung aus so hergestellten Pellets. Nach- geeignet sind und ausreichende Festigkeit auch teilig wirken sich die vorgenannten Hochtemperatur- während des Reduktionsvorganges aufweisen,
bindemittel auch dann aus, wenn aus dem erzeugten 45 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung Eisenschwamm Eisenpulver hergestellt wird. Gelingt von unmittelbar, d. h. ohne Brennvorgang, in Direktes nämlich nicht, durch teure und aufwendige Anlagen reduktionsanlagen einsetzbaren Grünpellets aus pelledieses mit dem Eisenschwamm vermahlene Hochtem- tierfähigem Eisenfeinerz, wobei das Eisenfeinerz mit peraturbindemittel aus dem Eisenpulver nahezu voll- einem Bindemittel gemischt und die Mischung (mit ständig zu entfernen, dann muß man schlechte Preß- 50 üblichen Pelletiereinrichtungen) pelletiert wird. Die eigenschaften des Eisenpulvers und einen hohen Preß- Erfindung besteht darin, daß dem Eisenfeinerz feines matrizcnverschleiß in Kauf nehmen. Eisenpulver beigemengt und das Gemenge unter Zu-

In der Literatur werden verschiedene Maßnahmen satz eines Niedrigtemperaturbindemittels in flüssiger vorgeschlagen, die Festigkeit von gebrannten Pellets Form pelletiert wird. Erfindungsgemäß wird also auf zu steigern, ohne gleichzeitig die üblichen Mengen an 55 schlackenbildende Hochtemperaturbindemittel und schlackenbildenden Hochtemperaturbindemitteln zu jeden Brennvorgang verzichtet. Dagegen werden ererhöhen. Gemeinsame Kennzeichen dieser Vorschläge findungsgemäß Eisenpulver als Bindemittel und Niedsind, daß zum einen auf ein Brennen der Pellets nicht rigtemperaturbindemittel, die vor allem bei tiefen Temverzichtet werden kann und zum anderen erhebliche peraturen wirksam sind und sich bei höheren Tempe-Mengen an gemahlenem Pellet-Rückgut, sei es in nicht 60 raturen in Gase, wie Kohlenwasserstoffe, Kohlenreduzierter, vorreduzierter oder weitgehend reduzierter monoxyd und Wasserdampf zersetzen, verwendet.
Form, als Zuschlag zum Feinerz benötigt werden. Da- Die erfindungsgemäße Kombination derartiger Niedmit werden aber die Herstellungskosten der Pellets rigtemperaturbindemittel mit feinem Eisenpulver bringt wesentlich angehoben. den überraschenden Effekt, daß zunächst die Grün-

Es sind auch Versuche bekanntgeworden, mit un- 65 pellets die erforderliche Festigkeit aufweisen, um ohne

reduziertem oder vorreduziertem gemahlenem Pellet- weiteres manipuliert und in eine Direktreduktions-

rückgut (W. Wenzel und H. Gudenau, Auf be- anlage eingeführt zu werden. In der Direktreduktions-

reitungstechnik, 10 [1969], S. 167 bis 174, vgl. insbe- anlage entstehen in den Pellets aus der Mischung des Nie-

3 4

drigtemperaturbindemittels mit dem feinen Eisenpulver Eisenpulver und gegebenenfalls Kohlenstoff mitein-

und dem Eisenfeinerz Strukturen, die auch während ander zu reagieren. Hierbei bildet sich ein Netzwerk

des Reduktionsvorganges nicht nur ausreichende von Kristallbrücken im Pellet, das die Festigkeit des

sondern sogar erstaunliche Festigkeit sicherstellen. Pellets steigert. Im weiteren Verlauf des Reduktions-

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung 5 Vorganges wird das Pellet im Reduktionsaggregat

wird das erfindungsgemäße Verfahren im Detail so reduzierend von der Gasphase angegriffen, wobei sich

verwirklicht, daß dem Eisenfeinerz (je nach Prove- neue Kristallbindungen ergeben. Schließlich ist der

nienz) 2 bis 8 Gewichtsprozent, vorzugsweise 3 bis Reduktionsvorgang so weit abgeschlossen, daß die ur-

6 Gewichtsprozent, feines Eisenpulver, Körnung unter sprünglichen Grünpellets sich zu Eisenschwammpellets

45 μπι, beigemengt wird, je feiner das Eisenpulver ist, io umgewandelt haben. ·— Wesentlich für die vorliegende

desto geringer kann die zugemischte Menge an Eisen- Erfindung ist mit anderen Worten, daß Feinerz nicht

pulver sein. Im allgemeinen wird man dem Eisenfein- — wie üblich — ausschließlich mit sozusagen art-

erz in der zugeordneten Direktreduktionsanlage er- fremden — d. h. schlackenbildenden — Hochtempe-

zeugten Eisenschwamm nach Mahlung zu feinem raturbindemitteln pelletiert werden, sondern mit art-

Eisenpulver beimischen, so daß insoweit gleichsam 15 eigenen »Bindern« in Form von feinem Eisenpulver,

ein Eisenkreislauf verwirklicht wird, der besonderen wobei während des Pelletierens ein leicht zersetzlicb.es

Aufwand nicht verursacht. Niedrigtemperaturbindemittel, z. B. (organischer) KIe-

AIs Niedrigtemperaturbindemittel eignen sich ins- ber, mit der Pelletierflüssigkeit eingebracht wird. Um besondere solche organischen Stoffe, die mit der Pelle- dabei die zuzusetzende Eisenpulvermenge so gering tierflüssigkeit während des Pelletiervorgangs einge- 20 wie möglich zu halten, soll das Eisenpulver feinkörnig bracht werden und außerdem eine höhere Ober- sein. Denn wird bei konstanter Kornfeinheit des Eisenflächenspannung der Pelletierflüssigkeit bewirken kön- feinerzes und konstanter Eisenpulver-Zusatzmenge nen. So werden zweckmäßig wäßrige Lösungen, zunehmend grobkörniges Eisenpulver verwendet, dann Suspensionen oder Dispersionen von organischen sinkt die Zahl der pro Volumeinheit als Brückenbildner Klebern, insbesondere von Stärke und Dextrin, ver- 25 zur Verfügung stehenden Eisenpulverpartikelchen. wendet. Nach bevorzugter Ausführungsform der Er- Erst durch weitere Zugabe von Eisenpulver könnte die findung sollen Niedrigtemperaturbindemittel in Men- Zahl der pro Volumeinheit als Brückenbildner in Begen von 0,20 bis 0,50 Gewichtsprozent, bezogen auf tracht kommenden Eisenpulverpartikeln erhöht werdas Feinerz, verwendet werden. den. Umgekehrt erreicht man mit zunehmender Fein-

Überraschenderweise wurde also festgestellt, daß 30 körnigkeit des Eisenpulvers, daß bei konstanter Eisen-Grünpellets, die aus pelletierfähigen Erzen mit ent- pulvermenge und konstanter Kornfeinheit des Eisensprechender Siebanalyse mit einem Zusatz von Eisen- feinerzes die pro Volumeinheit zur Verfügung stehende pulver in der beschriebenen Weise hergestellt sind, für Zahl von Brückenbildnern erhöht wird. Die Anzahl den unmittelbaren Einsatz in Direktreduktionsanlagen, der gebildeten Brücken aber bestimmt sehr wesentlich sei es in Schachtofen oder in Drehrohrofen, vorzüglich 35 die Festigkeit der im Reduktionsaggregat reduzierend geeignet sind, da ihre mechanische Festigkeit während angegriffenen Pellets. — Das mit den Grünpellets ein- <les Reduktionsvorganges ansteigt und die das Reduk- gebrachte feine Eisenpulver stellt, wie erwähnt, einen tionsaggregat mit einer Festigkeit verlassen, die der Kreislauf stoff dar, dessen hauptsächliche Kosten bei Festigkeit gebrannter und reduzierter Pellets nicht kontinuierlichem Betrieb der Direktreduktionsanlage nachsteht. Die erfindungsgemäß hergestellten Grün- 40 lediglich in den Mahlkosten des Eisenschwamms bepellets unterscheiden sich kaum in ihrer Grünfestig- stehen. Die Niedrigtemperaturbindemittel, z. B. orgakeit von in üblicher Weise hergestellten Grünpellets. nischen Kleber, gehen nach ihrer Zersetzung letzten Wünscht man hingegen eine höhere Grünfestigkeit zu Endes in das Reduktionsgas über und vergrößern so, erhalten, so wählt man, wie angegeben, zweckmäßig je nach ihrer Zusammensetzung und je nach ihrer Niedrigtemperaturbindemittel, die die Oberflächen- 45 Menge, den Heizwert des Abgases des Reduktionsspannung der Pelletierflüssigkeit wesentlich ver- aggregates in entsprechendem Ausmaß und ermöggrößern. Zucker ist hier besonders geeignet. Wenn er- liehen dessen weitere Ausnutzung,
findungsgemäß hergestellte Grünpellets in ein Direkt- Hinsichtlich der Art der Herstellung der Pellets sind reduktionsaggregat eingesetzt werden, erlangen sie im Rahmen der Erfindung grundsätzlich zwei Wege bei dem zu Beginn des Reduktionsprozesses stattfin- 50 möglich, wobei Übergänge zwischen beiden Alterdenden Trockenvorgang beim Trocknen eine hohe nativen nicht ausgeschlossen sind nämlich erstens die Trockenfestigkeit, ein Effekt, der an sich bekannt ist. Pelletierung von Eisenpulver-Feinerz-Gemischen in Einen wesentlichen Unterschied zeigen jedoch die er- einem einzigen Verfahrensschritt und zweitens eine findungsgemäß hergestellten Grünpellets gegenüber Arbeitsweise, bei der als erster Verfahrensschritt eine üblichen Grünpellets während des weiteren Prozesses 55 Pelletierung nur des Feinerzes ohne Eisenpulverzusatz in einem Reduktionsaggregat wie Schachtofen oder auf kleine Korngrößen vorgenommen wird, woraufhin Drehrohrofen. Überraschenderweise geht nämlich auf die so hergestellten Kleinpellets in einem zweiten — im Gegensatz zu dem Verhalten üblicher Grün- Verfahrensschritt eine Feinerz-Eisenpulver-Mischung pellets — bei den im Reduktionsaggregat während des aufpelliert wird. Zumindest in der zweiten Stufe wird auf den Trockenvorgang folgenden Prozesses bei an- 60 das Niedrigtemperaturbindemittel mit der Pelletiersteigenden Temperaturen, wenn die organischen Bin- flüssigkeit beigegeben. Bei dem erstgenannten Pelle-•der der Pellets zersetzt werden, die Festigkeit erfin- tierverfahren ist demnach das Eisenpulver im Pellet dungsgemäßer Pellets nicht verloren, sondern es ist gleichmäßig.verteilt, während bei dem letzteren Versogar ein bedeutendes Ansteigen der mechanischen fahren Eisenpulver nur in einer mehr oder weniger Festigkeit festzustellen. Bei den erfindungsgemäß her- 65 dicken äußeren Kugelschale des einzelnen Pellets vorgestellten Pellets beginnt nämlich schon bei niedrigen handen ist. Die Wirkung in bezug auf die mechanische Temperaturen durch das Vorhandensein von Eisen- Festigkeit der Grünpellets ist in beiden Fällen anpulver das Gemenge von Eisenoxyden (Feinerz) und nähernd gleich.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind zusammengefaßt darin zu sehen, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Grünpellets ohne weiteres und ohne jeden Brennvorgang in Direktreduktionsanlagen eingesetzt werden können, wo sie während des gesamten Reduktionsvorganges sich durch überraschende Festigkeit auszeichnen. Dabei wird dieser Effekt mit sehr geringen Mengen an feinem Eisenpulver und an Niedrigtemperaturbindemitteln erreicht.

Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel ausführlicher erläutert. — Um den Effekt einer automatischen Verfestigung der erfindungsgemäß hergestellten Pellets in Direktreduktionsanlagen zu verdeutlichen, sei die wichtigste Eigenschaft des Durchströmungswiderstandes von Schüttungen herangezogen. Der Durchströmungswiderstand im Reduktionsaggregat ist bei sonst gleichen Bedingungen für eine Schüttung aus festen Pellets gering, weil der für das strömende Gas zur Verfügung stehende freie Querschnitt sich nur wenig mit zunehmender Reduktion und steigender Temperatur ändert. Umgekehrt wird der Durchströmungswiderstand groß, wenn die Schüttung infolge fehlender Festigkeit der einzelnen Pellets kollabiert und so den freien, durchströmbaren Querschnitt entscheidend vermindert. Im ersten Falle mißt man einen kleinen Druckverlust des strömenden Gases, im zweiten einen vergleichsweise großen.

Auf einem üblichen Pelletiergerät wurden Pellets aus hämatitischem Feinerz mit folgender Siebanalyse hergestellt:

-0,045 mm Durchmesser
-0,063 mm Durchmesser
-0,090 mm Durchmesser
-0,125 mm Durchmesser
-0,16 mm Durchmesser .,
-0,25 mm Durchmesser ..
-0,315 mm Durchmesser ,

.. 44,84 Gewichtsprozent

.. 73,34 Gewichtsprozent

.. 95,45 Gewichtsprozent

.. 99,05 Gewichtsprozent

,. 99,46 Gewichtsprozent

.. 99,67 Gewichtsprozent .. 100,00 Gewichtsprozent

Bei einem Teil der Pellets (Fall A) wurde dem Pelletierwasser Dextrin als Niedrigtemperaturbindemittel in der Menge von 0,35 Gewichtsprozent, bezogen auf das Feinerz, zugesetzt, im Fall B wurde neben dem Niedrigtemperaturbindemittel, in Form eines organischen Klebers, in die Menge von 0,49 Gewichtsprozent noch 3°/o Eisenpulver mit 96 Gewichtsprozent unter einer Korngröße von 45 μπι dem Feinerz zugemischt. Im Fall C wurde die Menge des zugesetzten Eisenpulvers bei sonst gleichen Bedingungen auf 4% erhöht. Im Fall D schließlich wurde zum Vergleich ein Stückerz anderer Herkunft der gleichen Korngröße untersucht. Der auf Grund des Durchströmungswiderstandes auftretende Druckverlust in einem Direktreduktionsschacht beträgt nach Versuchsergebnissen, ausgedrückt in Prozent von dem Ergebnis des Vergleichsversuches D,

6a

Das Ergebnis zeigt, daß die Herstellung von Grünpellets allein mit Niedrigtemperaturbindemitteln in

FaIlA	FaIlB	FaIlC	FaIlD
Völliger Zerfall der Pellets < ρ sehr hoch	85,4%	81,3%	100%

Form von organischen Bindern eine Verwendung dieser Pellets wegen fehlender Festigkeit bei erhöhten Temperaturen unmöglich macht. Erst durch Zumischen von Eisenpulver zum Feinerz wird der Druckverlust der Schüttung aus erfindungsgemäß hergestellten Pellets vergleichbar mit dem, der bei einer Schüttung aus Erz gemessen wurde.

Ergänzung des Ausführungsbeispiels

Um nachzuweisen, daß das· zuzumischende Eisenpulver mögliohst fein sein muß, sind Vergleichsversuche mit grobem und feinem Eisenpulver angestellt worden. Der eine Versuch ist der im Fall C beschriebene, bei dem 4% Eisenpulver mit 96 Gewichtsprozent unter einer Korngröße von 45 μπι dem Feinerzzugemischt wurde. Beim anderen Versuch, Fall E, wurde 4% gröberes Eisenpulver mit 80 Gewichtsprozent zwischen den Korngrößen 45 μΐη und 90 μηι sowie 20 Gewichtsprozent unter 45 μπα dem Feinerz zugemischt. Als Niedrigtemperaturbindemittel wurde wieder Dextrin in der Menge 0,3 Gewichtsprozent verwendet. Der Druckverlust der strömenden Gase in einem Direktreduktionsschacht beträgt nach Versuchsergebnissen, ausgedrückt in Prozent von dem Ergebnis des Vergleichsversuches D,

FaIlC 81,3%

FaIlE 275%

Das Ergebnis zeigt in klarer Weise, daß das Zumischen von feinem Eisenpulver zum Feinerz den wesentlich geringeren Druckverlust der im Direktreduktionsschacht verarbeiteten Grünpellets verursacht.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von unmittelbar in Direktreduktionsanlagen einsetzbaren Grünpellets aus pelletierfähigem Eisenfeinerz, wobei das Eisenfeinerz mit einem Bindemittel gemischt und die Mischung pelletiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eisenfeinerz feines Eisenpulver beigemengt und das Gemenge unter Zusatz eines Niedrigtemperaturbindemittels in flüssiger Form pelletiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eisenfeinerz 2 bis 8 Gewichtsprozent, vorzugsweise 3 bis 6 Gewichtsprozent, feines Eisenpulver, Körnung unter 45 μπι, beigemengt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eisenfeinerz in der zugeordneten Direktreduktionsanlage erzeugter Eisenschwamm nach Mahlung zu feinem Eisenpulver beigemischt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Niedrigtemperaturbindemittel wäßrige Lösungen, Suspensionen oder Dispersionen von organischen Klebern, insbesondere von Stärke oder Dextrin, verwendet wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Niedrigtemperaturbindemittel in Mengen von 0,20 bis 0,50 Gewichtsprozent, bezogen auf das Eisenfeinerz, beigemischt werden.