DE19928935A1 - Verfahren zur Herstellung von Eisenbriketts und/oder kaltem Eisenschwamm - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Eisenbriketts und/oder kaltem Eisenschwamm

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisenbriketts und/oder kaltem Eisenschwamm, wobei stückiges, eisenoxidhaltiges Material enthaltende Einsatzstoffe (3) in die Reduktionszone (2) eines Reduktionsreaktors (1) aufgegeben werden, von einem heißen Reduktionsgas durchströmt und zu heißem Eisenschwamm reduziert werden, welcher eine - der Reduktionszone (2) nachfolgende - Gaszuführungszone (8) durchwandert, in welcher Reduktionsgas in den Reduktionsreaktor (1) eingebracht wird, welches nach dem Durchströmen der Reduktionszone (2) als Topgas aus dem Reduktionsreaktor (1) abgezogen wird, wobei zur Herstellung von kaltem Eisenschwamm heißer Eisenschwamm in einer der Gaszuführungszone (8) nachfolgenden Abkühlzone (10) durch Hindurchleiten von Kühlgas abgekühlt und in einer der Abkühlzone (10) nachfolgenden Produktentladezone (11) aus dem Schachtofen (1) ausgetragen wird. Zur Herstellung von Eisenbriketts wird heißer Eisenschwamm in einer zwischen der Gaszuführungszone (8) und der Abkühlzone (10) angeordneten Entnahmezone (16) aus dem Schachtofen (1) ausgetragen und einer Brikettierung (18) unterzogen. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. DOLLAR A Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist erstmals eine wahlweise Herstellung von kaltem Eisenschwamm und/oder Eisenbriketts möglich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisenbriketts und/oder kaltem Eisenschwamm, wobei stückiges, eisenoxidhältiges Material enthaltende Einsatzstoffe in die Reduktionszone eines Reduktionsreaktors aufgegeben werden, von einem heißen Reduktionsgas durchströmt und zu heißem Eisenschwamm reduziert werden, welcher eine - der Reduktionszone nachfolgende - Gaszuführungszone durchwandert, in welcher Reduktionsgas in den Reduktionsreaktor eingebracht wird, welches nach dem Durchströmen der Reduktionszone als Topgas aus dem Reduktionsreaktor abgezogen wird, wobei zur Herstellung von kaltem Eisenschwamm heißer Eisenschwamm in einer der Gaszuführungszone nachfolgenden Abkühlzone durch Hindurchleiten von Kühlgas abgekühlt und in einer der Abkühlzone nachfolgenden Produktentladezone aus dem Schachtofen ausgetragen wird. Die Erfindung betrifft weiters eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm sind vielfach aus dem Stand der Technik bekannt und entsprechende Anlagen auf dem Markt erhältlich. Ebenso sind Verfahren zur Herstellung von Eisenbriketts und entsprechende Anlagen bekannt.
Die US-3,748,120 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduktion von Eisenoxid zu metallischem Eisen. Bei diesem Verfahren wird Eisenoxid in einem Direktreduktionsreaktor durch Hindurchleiten von Reduktionsgas zu Eisenschwamm reduziert, der Eisenschwamm durch Hindurchleiten von Kühlgas abgekühlt und aus dem Reduktionsreaktor ausgetragen.
In der DE-PS 29 35 707 C2, sowie der US-4,439,233 wird zur Herstellung von Eisenschwamm ebenfalls Eisenoxid in einem Direktreduktionsreaktor durch Hindurchleiten von Reduktionsgas zu Eisenschwamm reduziert. Der Eisenschwamm wird allerdings nicht abgekühlt, sondern in heißem Zustand aus dem Reduktionsreaktor ausgetragen und einer Heißbrikettierung unterzogen.
Verfahren und Anlagen der oben beschriebenen Art weisen den Nachteil auf, daß damit jeweils nur eine Produktsorte, entweder Eisenschwamm oder Eisenbriketts, herstellbar ist.
Eisenschwamm wird möglichst rasch nach seiner Herstellung weiterverarbeitet, beispielsweise in einem Einschmelzvergaser oder einem Elektrolichtbogenofen zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder Stahl, und ist üblicherweise kein handelbares Produkt.
Eisenbriketts werden für dieselben Einsatzzwecke verwendet wie Eisenschwamm, sind aber im Gegensatz dazu unbegrenzt lagerfähig und stellen somit ein handelbares Produkt dar.
Um bei einem Reduktionsreaktor zur Herstellung von Eisenschwamm Stillstände zu vermeiden, die beispielsweise dann auftreten können, wenn ein daran angeschlossenes Stahlwerk keinen Eisenschwamm abnehmen kann, war es bisher nötig, mehrere Produktbunker vorzusehen, die eine Lagerkapazität von jeweils etwa 5000 t und darüber hinaus aufweisen. Wenn die Pufferkapazität der Produktbunker nicht ausreicht, muß gegebenenfalls der Reduktionsreaktor abgestellt werden, da ansonsten das Auslagern von Eisenschwamm unter freiem Himmel erfolgen müßte und der Eisenschwamm nicht vor Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Regen, geschützt wäre.
Sowohl die Errichtungs- als auch die Betriebskosten der Produktbunker stellen eine schwere wirtschaftliche Belastung eines Hüttenwerks dar. Sowohl der durch das Abstellen und das Wiederanfahren des Reduktionsreaktors verursachte Produktionsausfall, als auch die dadurch entstehenden Kosten sind unerwünscht und mindern die Wirtschaftlichkeit eines Hüttenwerks.
Die Aufgabe der gegenständlichen Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Reduktion von Eisenoxid bereitzustellen, welches die Errichtung und den Betrieb von Produktbunkern unnötig macht. Falls eine Weiterverarbeitung von Eisenschwamm nicht unmittelbar erfolgen kann, soll ein Abstellen des Reduktionsreaktors nicht mehr nötig sein und daher Produktionsausfälle vermieden werden. Weiters soll eine Umrüstung bestehender Anlagen zur Herstellung von Eisenschwamm auf einfache und kostengünstige Weise möglich sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Herstellung von Eisenbriketts heißer Eisenschwamm in einer zwischen der Gaszuführungszone und der Abkühlzone angeordneten Entnahmezone aus dem Schachtofen ausgetragen und einer Brikettierung unterzogen wird.
Unter stückigem, eisenoxidhältigem Material sind sowohl Stückerz, als auch Eisenerzpellets zu verstehen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erstmals möglich, wahlweise Eisenbriketts und/oder kalten Eisenschwamm herzustellen, da ein und dasselbe Verfahren zwei verschiedene Produkttypen zu liefern imstande ist, wobei unter kaltem Eisenschwamm hier Eisenschwamm mit einer Temperatur von etwa 30 bis 100°C zu verstehen ist. Diese Flexibilität macht sowohl Produktbunker als auch ein eventuelles Abstellen des Reduktionsreaktors, in dem das Verfahren durchgeführt wird, überflüssig.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Herstellung von kaltem Eisenschwamm vorübergehend unterbrochen werden. Dadurch ist sichergestellt, daß kalter Eisenschwamm nicht am Bedarf "vorbeiproduziert" wird. In Fällen, bei denen die Produktionskapazität für Eisenschwamm des Reduktionsreaktors größer ist als der Bedarf eines daran angeschlossenen Stahlwerks, kann diese Überkapazität in Form von Eisenbriketts verkauft werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch die Herstellung von Eisenbriketts unterbrochen werden, beispielsweise um die gesamte Produktionskapazität zur Herstellung von Eisenschwamm zu nutzen.
Vorteilhafterweise weist der aus der Entnahmezone ausgetragene heiße Eisenschwamm bei der Brikettierung noch eine Temperatur von 600 bis 1000°C, vorzugsweise 650 bis 850°C auf.
Die Brikettierung des heißen Eisenschwammes erfolgt also in heißem Zustand. Demzufolge kann auf die Zugabe von Bindemitteln, wie dies bei einer Kaltbrikettierung erforderlich ist, weitestgehend verzichtet werden. Gegenüber einer Heißbrikettierung von kaltem Eisenschwamm weist dieses Verfahren auch den Vorteil auf, daß keine zusätzliche Energie zur Erwärmung des Eisenschwamms aufgewendet werden muß.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Brikettierung des heißen Eisenschwamms unter einer Inertgasatmosphäre oder unter reduzierender Atmosphäre durchgeführt, um das Eisen während des Brikettierens vor Reoxidation zu schützen.
Bevorzugterweise werden hierfür als Inertgas bzw. reduzierendes Gas Stickstoff, Topgas, Rauchgas oder Gemische dieser Gase verwendet. Jedes dieser Gase ist in Hüttenwerken in großen Mengen verfügbar, wobei Topgas als teilweise abreagiertes Reduktionsgas für eine Verwendung als Inertgas besonders geeignet ist. Gegebenenfalls werden der CO2- und H2O-Ge­ halt des Top- und/oder Rauchgases vor deren Verwendung als Inertgas soweit verringert, daß die Gefahr der Reoxidation des brikettierten bzw. zu brikettierenden Eisens nicht mehr auftritt.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei der Herstellung von Eisenbriketts geringe Mengen kalten Eisenschwamms in wiederkehrenden Zeitabständen in der Produktentladezone aus dem Schachtofen ausgetragen. Dadurch wird ein Zusammenbacken der Eisenschwammpartikel in der Abkühl- und Produktentladezone vermieden und es kann jederzeit die Produktion von kaltem Eisenschwamm wiederaufgenommen werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Anlage zur Herstellung von Eisenbriketts und/oder kaltem Eisenschwamm aus stückiges, eisenoxidhältiges Material enthaltenden Einsatzstoffen, mit einem im wesentlichen vertikal ausgerichteten Reduktionsreaktor für Eisenoxid mit einer oberen Reduktionszone und einer unteren Abkühlzone, mit einer Vorrichtung zum Chargieren von eisenoxidhältigem Material in die Reduktionszone, mit einer unterhalb der Reduktionszone angeordneten Gaszuführungszone und einer die Gaszuführungszone mit einer Reduktionsgasquelle verbindenden Reduktionsgaszuleitung, mit einer unterhalb der Abkühlzone angeordneten Austragsvorrichtung zum Austragen von Reduktionsprodukt aus dem Reduktionsreaktor, mit einer Topgasableitung zum Entfernen des abreagierten Reduktionsgases aus dem Reduktionsreaktor, sowie mit einer Vorrichtung zum Einbringen und Abziehen eines Kühlgases in bzw. aus die/der Abkühlzone.
Eine solche Anlage ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zum Austragen von heißem Eisenschwamm in einer Entnahmezone vorgesehen ist, welche zwischen der Gaszuführungszone und der Abkühlzone angeordnet oder der Gaszuführungszone unmittelbar vorgeordnet ist und daß die Vorrichtung zum Austragen von heißem Eisenschwamm mit einer Brikettiereinrichtung verbunden ist.
Mittels der erfindungsgemäßen Anlage können erstmals wahlweise Eisenbriketts und/oder kalter Eisenschwamm hergestellt werden. Der Ort der Entnahme des heißen Eisenschwamms ist dabei so gewählt, daß der Eisenschwamm noch die für eine Heißbrikettierung erforderlichen Temperaturen aufweist, bzw. auch einen für eine Weiterverwendung, beispielsweise in einem Einschmelzvergaser, Konverter oder Elektroofen, oder für einen Verkauf ausreichenden Metallisierungsgrad.
Bestehende Anlagen zur Herstellung von kaltem Eisenschwamm können auf einfache und kostengünstige Weise mit einer Austragsvorrichtung und einer Brikettiereinrichtung nachgerüstet werden, ohne einen nennenswerten Produktionsausfall zu verursachen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Vorrichtung zum Austragen des heißen Eisenschwamms in an sich bekannter Weise von einem oder mehreren, den Mantel des Reduktionsreaktors durchsetzenden Schneckenförderern gebildet.
Um den heißen Eisenschwamm während der Brikettierung vor einer Reoxidation zu schützen, ist es von Vorteil, den Zutritt von Sauerstoff bzw. Luft zu verhindern.
Dazu ist die Brikettiereinrichtung mit einem Inertgassystem versehen, durch welches inerte und/oder reduzierende Gase, also beispielsweise Stickstoff und/oder Topgas und/oder Rauchgas, durch die Brikettiereinrichtung geleitet werden. Die Gase werden dabei bevorzugterweise im Kreislauf geführt, um Wärme- und Mengenverluste zu minimieren.
Erforderlichenfalls ist eine Aufbereitung des Top- und/oder Rauchgases vor deren Einsatz als Inertgas vorgesehen, beispielsweise ein Aufbereitungssystem bestehend aus einem oder mehreren der Elemente Nachverbrennung, Verdichter, Kühler und CO2-Eliminierung.
Die Eisenbriketts, die nach dem Brikettieren noch eine Temperatur von etwa 550 bis 700°C aufweisen, können in an sich bekannter Weise unter Ausnutzung ihrer fühlbaren Wärme abgekühlt werden, wie dies beispielsweise in der EP A 0 807 187 oder der JP A 56-163209 geoffenbart ist.
Im folgenden werden das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anlage anhand des in Fig. 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In einen Reduktionsreaktor 1 bzw. dessen Reduktionszone 2 wird stückiges, eisenoxidhältiges Material 3 mittels einer Chargiervorrichtung 4 eingebracht und bildet dort eine Schüttung. Mittels einer Vorrichtung 5 zum Einbringen eines Reduktionsgases, die über eine Reduktionsgaszuleitung 6 mit einer Reduktionsgasquelle 7, beispielsweise einem Reformer oder einem Einschmelzvergaser, verbunden ist, wird heißes Reduktionsgas in einer Gaszuführungszone 8 in den Reduktionsreaktor 1 eingeblasen.
Das Reduktionsgas durchströmt die Schüttung aus eisenoxidhältigem Material 3 nach oben und reduziert dieses dabeiganz oder teilweise zu heißem Eisenschwamm.
Die Vorrichtung 5 zum Einbringen von Reduktionsgas ist als Ringraum ausgebildet, welcher den Mantel des Reduktionsreaktors 1 kreisförmig umschließt und von welchem eine Anzahl von Gaszuführungskanälen in den Reduktionsreaktor 1, bzw. dessen Gaszuführungszone 8 mündet.
Das teilweise abreagierte Reduktionsgas wird als Topgas über eine Topgasableitung 9 aus dem Reduktionsreaktor 1 abgezogen.
Der heiße Eisenschwamm wird einer der Gaszufürungszone 8 nachgeordneten Abkühlzone 10 abgekühlt und der kalte Eisenschwamm in einer Produktentladezone 11 mittels einer Austragsvorrichtung 12, welche beispielsweise als Bandförderer ausgebildet ist, aus dem Reduktionsreaktor 1 ausgetragen.
Zum Abkühlen des heißen Eisenschwamms weist die Abkühlzone 10 eine Vorrichtung 13 zum Einbringen eines Kühlgases, beispielsweise Stickstoff und/oder Topgas, auf. Die Kühlgasvorrichtung 13 besteht in herkömmlicher Weise aus einer Gasreinigungseinrichtung, beispielsweise einem Naßwäscher, einem Mittel zum Fördern des Kühlgases, beispielsweise einem Kompressor, sowie diese und die Abkühlzone 10 verbindende Gaszu- und -ableitungen 14, so daß das Kühlgas zum überwiegenden Teil im Kreislauf geführt wird.
Sowohl in der Produktentladezone 11, als auch an der Chargiervorrichtung 4 wird der Reduktionsreaktor 1 gegen den Austritt von Reduktionsgas durch ein Dichtgas, üblicherweise Stickstoff, ab gedichtet, welches mittels Dichtgasleitungen 15 zugeführt wird.
In einer zwischen der Abkühlzone 10 und der Gaszuführungszone 8 angeordneten Entnahmezone 16 ist eine Austragsvorrichtung 17 für heißen Eisenschwamm vorgesehen, welche beispielsweise als ein oder mehrere Schneckenförderer ausgebildet ist.
Der von der Austragsvorrichtung 17 aus dem Reduktionsreaktor 1 ausgetragene heiße Eisenschwamm wird in einer Brikettiereinrichtung 18 zu Eisenbriketts 19 verarbeitet. Der heiße Eisenschwamm weist bei der Brikettierung noch Temperaturen von 600 bis 1000°C auf und würde im Fall eines Kontaktes mit Sauerstoff bzw. Luft wieder teilweise oxidiert werden.
Um dies zu vermeiden, ist die Brikettiereinrichtung 18 mit einem Inertgassystem 20 versehen. Dabei wird inertes oder reduzierendes Gas mittels Gasleitungen 21 zwischen
Brikettiereinrichtung 18 und Inertgassystem 20 größtenteils im Kreislauf geführt.
Gegebenenfalls zweigt von der Topgasableitung 9 eine Gasleitung 22 ab, über welche das Inertgassystem 20 mit inertem bzw. reduzierendem Gas, und/oder die Kühlgasvorrichtung 13 mit Kühlgas versorgt werden. In der Gasleitung 22 ist ein Aufbereitungssystem 24, beispielsweise bestehend aus Nachverbrennungsvorrichtung, Verdichter, Kühler und CO2-Eliminierung, angeordnet.
Das Inertgassystem 20 wird dabei in herkömmlicher Weise von einer Gasreinigungsvorrichtung, einem Mittel zum Fördern des inerten oder reduzierenden Gases, sowie gegebenenfalls einer CO2-Eliminierungseinrichtung gebildet.
Sowohl die Brikettiereinrichtung 18, als auch das Inertgassystem 20 sind noch mit weiteren Zuleitungen 23 für inerte Gase, üblicherweise Stickstoff oder behandeltes bzw. aufbereitetes Rauchgas, versehen.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern umfaßt auch alle dem Fachmann bekannten Mittel, die zur Ausführung der Erfindung herangezogen werden können. Beispielsweise kann der Reduktionsreaktor anstelle der Zuführung von Dichtgas mittels Zellradschleusen gegen den Austritt von Reduktionsgas abgedichtet sein.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung von Eisenbriketts und/oder kaltem Eisenschwamm, wobei stückiges, eisenoxidhaltiges Material enthaltende Einsatzstoffe in die Reduktionszone eines Reduktionsreaktors aufgegeben werden, von einem heißen Reduktionsgas durchströmt und zu heißem Eisenschwamm reduziert werden, welcher eine - der Reduktionszone nachfolgende - Gaszuführungszone durchwandert, in welcher Reduktionsgas in den Reduktionsreaktor eingebracht wird, welches nach dem Durchströmen der Reduktionszone als Topgas aus dem Reduktionsreaktor abgezogen wird, wobei
  • a) zur Herstellung von kaltem Eisenschwamm heißer Eisenschwamm in einer der Gaszuführungszone nachfolgenden Abkühlzone durch Hindurchleiten von Kühlgas abgekühlt und in einer der Abkühlzone nachfolgenden Produktentladezone aus dem Schachtofen ausgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß
  • b) zur Herstellung von Eisenbriketts heißer Eisenschwamm in einer - zwischen der Gaszuführungszone und der Abkühlzone angeordneten oder der Gaszuführungszone unmittelbar vorgeordneten - Entnahmezone aus dem Schachtofen ausgetragen und einer Brikettierung unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Eisenschwamms bei der Brikettierung 600 bis 1000°C, vorzugsweise 650 bis 850°C beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brikettierung des Eisenschwamms unter einer Inertgasatmosphäre oder unter reduzierender Atmosphäre durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Inertgas Stickstoff und/oder Rauchgas und/oder Topgas verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Rauchgas und/oder Topgas vor der Verwendung als Inertgas einer CO2- und/oder H2O-Eliminierung unterzogen werden.
6. Verfahren zur Herstellung von Eisenbriketts, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß geringe Mengen kalten Eisenschwamms in wiederkehrenden Zeitabständen in der Produktentladezone aus dem Schachtofen ausgetragen werden, um ein Zusammenbacken der Eisenschwammpartikel in der Abkühl- und Produktentladezone zu vermeiden.
7. Anlage zur Herstellung von Eisenbriketts und/oder kaltem Eisenschwamm aus stückiges, eisenoxidhaltiges Material enthaltenden Einsatzstoffen (3), mit einem im wesentlichen vertikal ausgerichteten Reduktionsreaktor (1) für Eisenoxid mit einer oberen Reduktionszone (2) und einer unteren Abkühlzone (10), mit einer Vorrichtung (4) zum Chargieren von eisenoxidhältigem Material (3) in die Reduktionszone (2), mit einer unterhalb der Reduktionszone (2) angeordneten Gaszuführungszone (8) und einer die Gaszuführungszone (8) mit einer Reduktionsgasquelle (7) verbindenden Reduktionsgaszuleitung (6), mit einer unterhalb der Abkühlzone (10) angeordneten Austragsvorrichtung (12) zum Austragen von Reduktionsprodukt aus dem Reduktionsreaktor (1), mit einer Topgasableitung (9) zum Entfernen des abreagierten Reduktionsgases aus dem Reduktionsreaktor (1), mit einer Vorrichtung (13) zum Einbringen und Abziehen eines Kühlgases in bzw. aus die/der Abkühlzone (10), dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (17) zum Austragen von heißem Eisenschwamm in einer Entnahmezone (16) vorgesehen ist, welche zwischen der Gaszuführungszone (8) und der Abkühlzone (10) angeordnet oder der Gaszuführungszone (8) unmittelbar vorgeordnet ist, und daß die Vorrichtung (17) mit einer Brikettiereinrichtung (18) verbunden ist.
8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (17) zum Austragen des heißen Eisenschwamms von einem oder mehreren, den Mantel des Reduktionsreaktors (1) durchsetzenden Schneckenförderern gebildet wird.
9. Anlage nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brikettiereinrichtung (18) mit einem Inertgassystem (20) versehen ist.
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