DE19825093A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Direktreduktion von Metalloxiden - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Direktreduktion von Metalloxiden

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Direktreduktion von Metalloxiden mittels Reduktionsgas, vorzugsweise zur Reduktion von Eisenerzen (20) zur Erzeugung von Eisenschwamm (30), mit oder ohne unmittelbar nachgeschaltetem separaten Einschmelzprozeß, wird eine Verklebung des Reduktanten vermieden und eine Verbesserung des Metallisierungsgrades auf > 95% dadurch erreicht, daß das Reduktionsgas (15) in einem separaten Reduktionsgaserzeuger (1) erzeugt und dann von außen in den mit Metalloxiden (20) gefüllten Reduktionsreaktor (2) eingeblasen wird. Zweckmäßigerweise enthält das Reduktionsgas (15) die Komponenten CO und H¶2¶ in einer kontrollierten Konzentration von > 85%. Das Verfahren wird vorzugsweise als kontinuierlicher Prozeß betrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Direktreduktion von Metalloxiden mittels Reduktionsgas, vorzugsweise zur Reduktion von Eisenerzen zur Erzeugung von Eisenschwamm, mit oder ohne unmittelbar nachgeschaltetem separaten Einschmelzprozess (Smelter, Schmelzreduktion).
Direktreduktionsverfahren lassen sich unterteilen in Gasreduktions- und Feststoff-Reduktionsverfahren wie z. B. Midrex, Hyl3, Fior und Iron Carbide als Gasreduktionsverfahren sowie SL/RN, Fastmet und Inmetco als Feststoffreduktionsverfahren.
Als Vertreter der Reduktionsschmelzverfahren mit separaten Prozessstufen ist z. B. das Corex-Verfahren im Gegensatz zum Hochofen zu nennen, bei dem beide Prozessstufen in einem Schacht ablaufen. Bei diesem Verfahren basiert die Reduktion ebenfalls im wesentlichen auf dem Reduktionsgas CO.
Die Gasreduktionsverfahren mit und ohne separate Einschmelzstufe neigen zum Verstopfen durch Verkleben der Möllerung auf ihrer Temperaturreise im Schacht oder in der Wirbelschicht (Teerbildung beim Cracken von flüchtigen Bestandteilen).
Desweiteren liegen die erzielten Metallisierungsgrade zumeist bei bisher 90-95%. Ein höherer Grad der Metallisierung wäre wünschenswert und führte zu einem verbesserten Ausbringen sowie zu einer verbesserten Stabilität des reduzierten Eisens, wodurch eine unerwünschte Rückoxidation weitgehend vermieden werden könnte.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art wesentlich zu verbessern mit dem Ziel, die aufgezeigten Nachteile wie die Verklebung (Sticking) des Reduktanten bei seiner Temperaturreise im Reduktionsschacht zu vermeiden sowie eine erhöhte Metallisierung zu erreichen.
Zur Lösung wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art mit der Erfindung vorgeschlagen, dass das Reduktionsgas in einem separaten Reduktionsgaserzeuger erzeugt und dann von außen in den mit Metalloxiden gefüllten Reduktionsreaktor eingeblasen wird, wobei mit großem Vorteil ein Metallisierungsgrad bei Eisenschwamm von < 95% erreicht wird. Das Reduktionsgas enthält die Komponenten CO und H2 in einer kontrollierten Konzentration von < 85%.
Zweckmäßigerweise wird das Verfahren als kontinuierlicher Prozess betrieben.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Reduktionsgas vor Eintritt in den Reduktionsreaktor kontrolliert wird.
Ferner kann dem Reduktionsgas unmittelbar vor Eintritt in den Reaktor Eisenerz, Sauerstoff/Luft und/oder Feinkohle zugegeben werden, um auf diese Weise den Reduktionsprozess zu optimieren.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Phasenzustandsdiagramm Fe-CO-H2-O2 bei T = 850°C,
Fig. 2 schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Direktreduktionsanlage.
Fig. 1 stellt das Arbeitsdiagramm H-CO-CO2 dar, das die Arbeitspunkte sowohl einer herkömmlichen Reduktion als auch der erfinderischen Lösung wiedergibt. Im Zustandsdiagramm Fe-H2-O2-CO bei 850°C sind die Konzentrationslinien, der Partialdruck von CO und H2 für die Reduktion der Eisensauerstoffverbindungen Fe2O3, Fe3O4 und FeO bis hin zum Fe eingetragen. Mit größerem CO/H2-Partialdruck stellt sich ein höherer Reduktionsgrad ein, der bei ca. 83% vom FeO zum reinen Fe führt (A). Mit dem vorgeschlagenen Kohlevergasungsverfahren kann ein CO/H2-Partialdruck von ca. 95% eingestellt werden (B), der einen Metallisierungsgrad von < 95% sicherstellt. Dieser hohe Partialdruck CO/H2 kann in einem normalen Direktreduktionsprozess nicht erzeugt werden und außerdem nicht kontrolliert eingestellt werden.
Fig. 2 stellt die Anlage bzw. Vorrichtung einer externen Kohlevergasung vor einer beliebigen Eisen-Reduktion mit oder ohne separate Einschmelzeinheit dar, wobei der Kohlevergasungsprozess zur Erzeugung eines kontrollierten hohen CO/H2-Partialdruckes in Verbindung mit einer Eisenreduktion zur Erzeugung von Eisenschwamm dient. Die Kohlevergasung beginnt mit einer Trocknung (3) für den Kohlenstoffträger (10). Beim Kohlenstoffträger (10) kann es sich um organische Stoffe wie z. B. Braunkohle, Holzkohle, Torf, Kunststoffe etc. handeln.
An die Trocknung (3) schließt sich eine Trocken-Destillation (4) oder Schwelung an, die Kohlenstoff (11) und brennbare Gase oder Vergasungsmittel (12) entlässt. Das Gas (12) sowie der Kohlenstoff bzw. Kohle (11) aus der Schwelung (4), möglicherweise versetzt mit Steinkohle (13) oder einem anderen weiteren Kohlenstoffträger, werden in den separaten Vergaser bzw. Reduktionsgaserzeuger (1) zusammen mit reinem Sauerstoff und/oder Luft (14) eingeleitet.
Im Bereich der oberen (5) und unteren (6) Brennkammern wird dabei unter Zuführung von Brennstoff (11, 13) das reine und relativ staubfreie Brenngas bzw. Reduktionsgas (15) durch Reduktion von CO2 und H2O zu CO und H2 mit hohem, kontrolliertem CO/H2-Partialdruck im Flugstrom erzeugt. Wie weiter aus Fig. 2 ersichtlich befindet sich am unteren Ende des Reduktionsgaserzeugers (1) zweckmäßigerweise eine Einrichtung zur Separierung und zum Abtransport von Brenn-Flugasche (19).
Das nahezu reine, in seiner Konzentration kontrollierte Reduktionsgasgemisch (15) wird nach Verlassen des Reduktionsgaserzeugers (1) in den Reduktionsreaktor (2) in dessen unteren Bereich (22) eingeblasen, wo es dann zwischen der Möllersäule (21) aufsteigt und das Eisenerz (20) zu Eisenschwamm (30) mit einem Reduktionsgrad < 95% reduziert.
Der so entstehende Eisenschwamm (30) kann direkt heiß oder aber auch kalt einem Stahlerzeugungsgefäß (nicht dargestellt), z. B. einem Elektroofen oder Konverter, zugeführt werden oder in einem Schmelzofen zu flüssigem Eisen vorgeschmolzen werden, das dann einem der bekannten Stahlerzeugungsprozesse (EAF, BOF) zugeführt wird.
Außerdem kann das Reduktionsgas (15) auf seinem Weg zum Reduktionsreaktor (2) des Direktreduktionsprozesses in seiner Temperatur direkt in der unteren Brennkammer (6) oder vorzugsweise in einer separaten Kontrollkammer (7) hinsichtlich Zusammensetzung, Reinheit und Temperatur kontrolliert werden und mittels einer Einblasvorrichtung (8) zusätzlich mit Kohlestaub oder C-Träger in Form von kleinen Fraktionen (Körnung) < 2 mm (16), Sauerstoff und/oder Luft (17) und/oder auch Feinerz mit einer Körnung von vorzugsweise < 2 mm (18) versetzt werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur Direktreduktion von Metalloxiden mittels Reduktionsgas, vorzugsweise zur Reduktion von Eisenerzen (20) zur Erzeugung von Eisenschwamm (30), mit oder ohne unmittelbar nachgeschaltetem separaten Einschmelzprozess, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsgas (15) in einem separaten Reduktionsgaserzeuger (1) erzeugt und dann von außen in den mit Metalloxiden (20) gefüllten Reduktionsreaktor (2) eingeblasen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsgas (15) die Komponenten CO und H2 in einer kontrollierten Konzentration von < 85% enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren als kontinuierlicher Prozess betrieben wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsgas (15) vor Eintritt in den Reaktor (2) kontrolliert wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reduktionsgas (15) unmittelbar vor Eintritt in den Reaktor (2) Eisenerz (16), Sauerstoff/Luft (17) und/oder Feinkohle (18) zugegeben werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Erzeugung des Reduktionsgases (15) im Reduktionsgaserzeuger (1) eine Trocknung (3) sowie eine Vergasung (4) vorgeschaltet ist, wobei ein oder mehrere Kohlenstoffträger (10), vorzugsweise organische Stoffe wie z. B. Torf, Holz, Braunkohle, Kohle, Kunststoffe etc. eingesetzt werden.
7. Vorrichtung zur Direktreduktion von Metalloxiden mittels Reduktionsgas, vorzugsweise zur Reduktion von Eisenerzen (20) zur Erzeugung von Eisenschwamm (30), mit oder ohne unmittelbar nachgeschaltetem separaten Einschmelzprozess, zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reduktionsgaserzeuger (1) zumindest zwei übereinander angeordnete Brennkammern (5, 6) aufweist, wobei im Bereich der oberen (5) und unteren (6) Brennkammern unter Zuführung von Brennstoff (11, 13) das reine und relativ staubfreie Brenngas bzw. Reduktionsgas (15) durch Reduktion von CO2 und H2O zu CO und H2 mit hohem, kontrolliertem CO/H2-Partialdruck im Flugstrom erzeugbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reduktionsgaserzeuger (1) eine Trocknungseinrichtung (3) sowie eine Trocken-Destillationseinrichtung oder Schwelanlage (4) vorgeschaltet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reduktionsgaserzeuger (1) eine Kontrollkammer (7) hinsichtlich Kontrolle der Zusammensetzung, Reinheit und Temperatur des Reduktionsgases (15) nachgeschaltet ist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reduktionsreaktor (2) eine Einblasvorrichtung (8) für Kohlestaub oder C-Träger in Form von kleinen Fraktionen < 2 mm (16), Sauerstoff und/oder Luft (17) und/oder Feinerz mit einer Körnung von vorzugsweise < 2 mm (18) vorgeschaltet ist.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich am unteren Ende des Reduktionsgaserzeugers (1) eine Einrichtung zur Separierung und zum Abtransport von Brenn-Flugasche (19) befindet.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2908771C2 (de) * 1979-03-06 1984-07-12 Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim Kombinierte Anlage zur Vergasung von Kohle und zur Reduktion von Metallerzen

Patent Citations (1)

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DE2908771C2 (de) * 1979-03-06 1984-07-12 Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim Kombinierte Anlage zur Vergasung von Kohle und zur Reduktion von Metallerzen

Non-Patent Citations (3)

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Title
AT-Z.: "Berg- und Hüttenmännische Monatshefter", 131 (1986), H.9, S.313-321 *
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