DE2040811B2 - Verfahren zum Herstellen von reduzierten Eisenerzpellets - Google Patents

Description

weisen andere bekannte Verfahren zur inneren oder äußeren Reduktion von Eisenerzpellets auf, bei denen die bis zu etwa 500⁰C wannen Ofenabgase zum Vorwärmen der Grünpellets dienen. Häufig wird diese Vorwärmung in Schachtöfen ausgeführt.

Schließlich ist ein dem aus dei DT-AS 12 24 337 bekannten Verfahren ähnliches Verfahren aus der DT-PS 12 62311 bekannt, das im Gegensatz zum vorgenannten Verfahren jedoch nur mit externem Reduktionsmittel arbeitet. Auch bei diesem Verfahren werden die noch feuchten und plastisch verformbaren Grünpellets unmittelbar in einen Drehrohrofen gegeben und in diesem möglichst rasch auf eine Temperatur von etwa UOO¹¹C erhitzt. Um diese rasche Erhitzung zu erhalten, wird der Drehrohrofeneingang mit Winkelbrennern auf hohe Temperaturen gebracht. Trotz dieser hohe Energiemengen verschlingenden Maßnahme müssen jedoch die Grünpellets außerordentlich vorsichtig bei der Aufgabe behandelt werden und sind vorzugsweise vor der Aufgabe mit äußerem Reduktionsmittel, nach Möglichkeit in zwei Schichten, beschichtet. Dieses Verfahren erfordert fur die Durchführung der Beschichtung der Grünpellets zusätzliche Arbeitsgänge, erfordert eine vorsichtige Handhabung der Grünpellet und einen hohen Energieaufwand und vermag dennoch durch die Aufgabe von Grünpellets direkt in den Drehrohrofen einen hohen Feinkornanteil nicht zu verhindern.

Generell kann gesagt werden, daß bei innerer Anwendung von festem Reduktionsmittel, also beim Einarbeiten des festen Reduktionsmittels in die Grünpellets, ein höherer Wirkungsgrad, ein größerer Metallisierungsgrad und ein insgesamt geringerer Reduktionsmittelverbrauch und Energieverbrauch benötigt wird als bei äußerer Anwendung des festen Reduk tionsmittels. Elei der Durchführung der Reduktion unter Anwendung eines inneren festen Reduktionsmittels tritt jedoch die Gefahr der Wiederoxidation der reduzierter; Pellets auf, sobald die Ofenatmosphäi c nicht reduzierend oder zumindest neutral ist. Dieser Nachteil wird durch die eingangs beschriebene kombinierte Anwendung von festem Reduktionsmittel innerhalb der Pellets und außerhalb der Pellets, also durch die Anwendung von »inneren Reduktionsmittel« und »äußerem Reduktionsmittel«, umgangen. Die Durchführung des kombinierten Reduktionsverfahrens von Eisenerzpellets bringt jedoch eine Reihe von Schwierigkeiten mit sich, die insbesondere in der mangelnden Festigkeit der Grünpellets und in der Energiebilanz des Prozesses liegen. Es ist daher bislang noch kein Verfahren zur gleichzeitigen inneren und äußeren Reduktion von Eisenerzpellets bekanntgeworden, das die technischen Voraussetzungen fur eine wirtschaftlich und technisch erfolgreiche Verfahrensführung ermöglicht.

Bei der Anwendung von innerem Reduktionsmittel in den Grünpellets nimmt deren Festigkeit gegenüber üblichen Eisenerzgrünpellets ohne inneres festes Reduktionsmittel erheblich ab. Bei geringeren Konzentrationen an festem innerem Reduktionsmittel kann zwar die Festigkeit der Grünpellets erhöht werden, nimmt aber auch der Wirkungsgrad der Reduktion durch das innere Reduktionsmittel spürbar ab. Die Einführung eines Bindemittels oder die Erhöhung des Bindemiltelanteils in den Grünpellets bietet auch keine Lösung des Problems, da durch diese Maßnahmen der Wirkungsgrad des Verfahrens spürbar vermindert wird.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Herstellen von reduzierten Eisenerzpellets zu schaffen, das bei Durchführung einer kombinierten Reduktion den gleichzeitigen Einsatz von innerem und äußerem festem Reduktionsmittel ermöglicht, praktisch keinen Abrieb hervorruft, unter optimaler Ausnutzung der Energie und minimalem Energieverbrauch, also optimal wirtschaftlich durchführbar ist, und zu reduzierten Pellets mit hohem Metallisierungsgrad, hoher Porosität und hoher mechanischer Festigkeit führt. Die zu erzielende Wirtschaftlichkeit soll sich dabei sowohl in der Senkung der eigentlichen Produktionskosten als auch in einer spürbaren Senkung der Anlagenkosten bemerkbar machen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß man die festes Reduktionsmittel enthaltenden Grünpellets im Abgas des Drehrohrofens auf einem Wanderrost trocknet und praktisch ohne Verbrennungsverlust an innerem festem Reduktionsmittel auf 800 bis 1100 C erwärmt, daß man an der Ubergabestelle vom Wanderrost zum Drehrohrofen den erwärmten Pellets vorerhitztes äußeres festes Reduktionsmittel zugibt und daß man unmittelbar nach Aufgabe des Gemisches in den Drehrohrofen durch Erwärmen auf Reduktionstemperatur die Pellets durch die gleichzeitige Wirkung des inneren und äußeren festen Reduktionsmittels reduziert.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung enthalten die Grünpellets 10 bis 15 Gewichtsprozent festes inneres Reduktionsmittel und mindestens 2 Gewichtsprozent Bentonit als Bindemittel, Rest feinverteiltes Eisenerz. Als inneres Reduktionsmittel wird vorzugsweise Koksstaub verwendet.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Erwärmung des inneren festen Reduktionsmittels auf 800 bis 1100⁰C auf dem Wanderrost praktisch ohne Verlust an innerem festem Reduktionsmittel. Nach einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung wird die Erwärmung dabei so gesteuert, daß die den Wanderrost verlassenden Pellets einen mittleren Reduktionsgrad von 4% haben. Das diesem Reduktionsgrad entsprechend vorliegende metallische Eisen wirkt in den Pellets als Bindemittel, so daß im Gegensatz zu allen anderen bekannten Verfahren getrocknete und vorerhitzte Pellets außerordentlicher Festigkeit zusammen mit dem festen äußeren Reduktionsmittel in den Drehrohrofen aufgegeben werden. Die aufgegebenen Pellets sind trotz ihrer hohen Festigkeit praktisch noch nicht vorreduziert, so daß ein hoher Wirkungsgrad des äußeren festen Reduktionsmittels gewahrleistet ist.

Das Verfahren der Erfindung zeichnet sich durch einen signifikant verbesserten thermischen Wirkungsgrad und durch eine beträchtliche Verbesserung des Wirkungsgrades der Reduktion, bezogen auf ilas eintiesetzte feste Reduktionsmittel, aus. Die erhaltenen reduzierten Eisenerz.pellets zeichnen sich durch einen hohen Metallisierungsgrad und durch gute physikalische Eigenschaften aus. Das Verfahren ermöglicht eine überraschend hohe Senkung der Gesamtproduktionskosten für die reduzierten Eisencrzpellcts.

Gegenstand der Erfindung ist also mit anderen Worten ein Verfahren zum Herstellen von reduzierten Eisenerzpcllets mit den Verfahrensstufen des Ver-

mischens von feinvermahlenem festem Reduktionsmittel und bindemittelhaltigen Eisenerzen, Pelletisieren des Gemisches zu Grünpellets, Trocknen, Entwässern und Vorerhitzen der Pellets unter Härtung auf einem Wanderrost unter Anwendung der Abgase aus einem Drehrohrofen als Wärmequelle. Dadurch wird ein Verbrauch, auch ein partieller Verbrauch, des inneren festen Reduktionsmittels praktisch vollkommen unterbunden. Die so vorerhitzten und gehärteten Pellets, die bereits eine sehr hohe Temperatur, fast Reduktionstemperatur, aufweisen, werden zusammen mit vorerhitztem, äußerlich angewendetem festem Reduktionsmittel in den Drehrohrofen übergeführt. Das vorerhitzte äußere feste Reduktionsmittel wird in der und durch die Verbindungsstelle zwischen Wanderrost und Drehrohrofen eingeführt. Im Drehrohrofen wird vorzugsweise eine Reduktionstemperatur von 1100 bis 1200'C eingestellt, und zwar insbesondere in der Weise, daß in der Reduktionszone des Ofens ein praktisch konstantes Temperaturprofil eingestellt ist. Vorzugsweise wird die Temperatur im Drehrohrofen so gesteuert, daß sie auf über 95% der Gesamtfläche der Reduktionszone des Ofens konstant 1100⁰C beträgt. Die Temperatur im Drehrohrofen muß jedoch stets so geführt werden, daß sie an jedem Punkt unterhalb des Schmelzpunktes der Pellets liegt. Unter diesen Bedingungen werden die Eisenerzpellets gleichzeitig, und das ist eines der entscheidenden Merkmale der Erfindung, unter der kombinierten Wirkung des inneren und des äußeren festen Reduktionsmittels reduziert.

Durch die gleichzeitige und kombinierte Anwendung des festen Reduktionsmittels von innen und von außen können die Pellets wesentlich schneller als bei der bekannten aufeinanderfolgenden inneren und äußeren Anwendung des festen Reduktionsmittels reduziert werden. Diese gleichzeitige kombinierte Anwendung des festen Reduktionsmittels ist möglich, da die Pellets vor der Aufgabe in den Drehrohrofen ohne Verlust an innerem Reduktionsmittel und praktisch ohne vorreduziert zu werden vorerhitzt und durch geringste reduzierte Eisenmengen in den Pellets verblüffend hoch gehärtet werden. Die gegenüber bekannten Reduktionsverfahren ermöglichte Verkürzung der Reduktionsdauer zur Erzielung eines vorgegebenen Metallisierungsgrades der Pellets führt schließlich gegenüber den bekannten Verfahren bei vorgegebener Durchsatzleistung auf Grund der erhöhten Durchsatzgeschwindigkeit zu kleineren Abmessungen des Drehrohrofens.

Dadurch, daß keine Grünpellets in den Drehrohrofen gegeben werden, kann weiterhin der Abrieb der Pellets im Drehrohrofen praktisch ausgeschaltet und der Wirkungsgrad des inneren Reduktionsmittels spürbar erhöht werden. Durch die ständige Begleitung der zu reduzierenden Pellets durch das äußere feste Reduktionsmittel wird auch das sonst bei innerer Anwendung von festem Reduktionsmittel auftretende Problem der Reoxidation der reduzierten Pellets ausgeschlossen. Die dazu erforderlichen einzustellenden Bedingungen im Drehrohrofen können in einfachster und billiger Weise durch eine Steuerung der Aufgabeleistung des festen äußeren Reduktionsmittels am Drehrohrofeneingang gesteuert werden.

Da weiterhin das Vorerhitzen und Härten der Pellets vorzugsweise innerhalb eines möglichst kurzen Zeitraumes erfolgt und auf Grund des Einsatzes eines Wanderrostes auch erfolgen kann, ist gewährleistet, daß das eingesetzte innere feste Reduktionsmittel praktisch ohne jeden Verbrennungsverlust in der Reduktionszone des Drehrohrofens zur kombinierten gleichzeitigen Reduktion mit dem äußeren Reduktionsmittel voll zur Verfugung steht. Das Verfahren erlaubt weiterhin als festes Reduktionsmittel den Einsatz von Koksstaub, der insbesondere auch aus relativ reaktionsträgen feinkörnigen Koksabfällen aufbereitet werden kann, die nicht mehr im Hochofen verwendbar und daher praktisch wertlos sind. Als festes Reduktionsmittel können weiterhin nicht zur Verkokung geeignete billige Kohlen von in der Regel relativ hohem Reaktionsvermögen oder deren durch Schwelung oder Kokung erhaltene Sekundärprodukte, insbesondere Kohlungsrückstände oder Koksgrus, insbesondere für die innere Reduktion eingesetzt werden. Durch die kombinierte Anwendung dieser festen Reduktionsmittel wird die Herstellung von Pellets mit hohem Metallisierungsgrad eröffnet.

In der folgenden Tabelle I sind zum Wirkungsgradvergleich gleiche Mengen eines gleichen Eisenerzes auf den gleichen Metallisierungsgrad von 95% reduziert.

Tabelle I

Verfahren

Anwendungsweise des
festen Reduktionsmittels Reduktionsmittelverbrauch Brennstoff
kg/t (reduziertes Granulat)

Erforderliche Gesamtwärmemenge kcal/t (reduziertes Granulat)

Stand der Technik außen
Stand der Technik innen
Erfindung kombiniert

370
330
310 Schweröl

Erdgas

Schweröl

3.5 ■ 10⁶ 2,9 · 10⁶ 2,7 · 10"

Die in der Tabelle I gezeigten Daten lassen deutlich die Überlegenheit des Verfahrens der Erfindung hinsichtlich der Reduktionsmittelbilanz und der Energiebilanz erkennen.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbcispicls in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,

F i g. 2 in graphischer Darstellung die Druckfestigkeit der vorerhitzten Pellets als Funktion der zugemischten Koksmenge (inneres Reduktionsmittel),

iff⁰

40811

Fig. 3 in graphischer Darstellung die Druckfestigkeit der Pellets bei Zimmertemperatur als Funktion der Verweilzeit der Vorerhitzung,

F i g. 4 in graphischer Darstellung die Druckfestigkeit der Pellets bei Zimmertemperatur als Funktion der Temperatur der Vorerhitzung,

Fig. 5 in graphischer Darstellung den Metallisierungsgrad der reduzierten Pellets als Funktion des Verhältnisses des Gewichtes von außen angewendeten festen Reduktionsmittels zum Gewicht der nicht reduzierten, jedoch inneres festes Reduktionsmittel enthaltenden Eisenerzpcllets und

F i g. 6 in graphischer Darstellung den Metallisierungsgrad als Funktion der Reduktionsverweilzeit.

In der in F i g. 1 schematisch gezeigten Vorrichtung sind ein Wanderrost 1. ein Drehrohrofen 2 und ein nachgeschalteter Kühler 3 gezeigt. Der über dem Wanderrost abgedeckte Raum ist in eine Trockenzone 5. eine Entwässerungszone 6 und eine Vorerhitzungszone 7 unterteilt, die durch Trennwände 4 voneinander getrennt sind. In der Fig. 1 läuft der Wanderrost von links nach rechts. Die Aufgabe der Grünpellets erfolgt an der in der F i g. 1 linken Seite, so daß diese aufeinanderfolgend die Zonen 5, 6 und 7 durchlaufen. Das Abgas des Drehrohrofens 2 wird im Gegenstrom über und durch den Wanderrost hindurchgeleitet.

Der Drehrohrofen 2 ist herkömmlicher zylindrischer Bauart und mit feuerfestem Material ausgekleidet. Erforderlichenfalls können über die Länge der Ofentrommel Winkelbrenner angeordnet sein. Dadurch wird eine genauere Einstellung des konstanten Temperaturprofils ermöglicht.

Die Längsachse des Drehrohrofens 2 ist leicht vom unmittelbar unter der Schütte des Wanderrostes liegenden Aufgabestelle zur Austragsstelle abwärts geneigt. Austragsseitig ist der Drehrohrofen mit einem Zentralbrenner ausgestattet, dessen Flamme in Richtung auf die Einlaßöffnung im Gegenstrom zum Pellettransport gerichtet ist. Aus dem Drehrohrofen 2 werden die reduzierten und gesinterten Pellets in einen Kühler 3 übergeführt und von dort in die nächste Verfahrensstufe gegeben.

Im folgenden ist das Verfahren an Hand von Beispielsparametern näher beschrieben.

1. Mischen und Pelletieren des Ausgangsmaterials

Für den Drehrohrofeneinsatz bestimmte Eisenerzpellets müssen auch beim Einsatz eines inneren festen Reduktionsmittels eine bestimmte mechanische Mindestfestigkeit aufweisen, die ein Zerbröseln und einen Abrieb beim Aufbringen der Grünpellets auf den Wanderrost und beim überführen der gehärteten Pellets in den Drehrohrofen ausschließt. Für die Aufgabe auf den Wanderrost sollen die Pellets bei Zimmertemperatur eine Druckfestigkeit von durchschnittlich 2 kp/Pellet und bei der übergabe vom Wanderrost in den Drehrohrofen, ebenfalls bezogen auf Zimmertemperatur, von über 20kp/Pellet haben.

Die Grünpellets enthalten vorzugsweise 10 bis 15% inneres festes Reduktionsmittel, mindestens 2% Bindemittel, Rest feinpulverisiertes Eisenerz. Als festes Reduktionsmittel werden vorzugsweise Koksstaub oder ein Gemisch aus Koksstaub mit zur Eisenreduktion ausreichender Qualität mit Kohlegrus eingesetzt. Als Bindemittel dienen vorzugsweise Bentonit. Calciumchlorid. Calciumhydrat, Calciumcarbonat oder eine hochpolymere Substanz, vorzugsweise Pech oder Lignit. Als Bindemittel eingesetztes Pech wirkt gleichzeitig als festes Reduktionsmittel. Als Eisenerze seien Hämatit und Magnetit genannt.

Wenn die Konzentration des inneren festen Reduktionsmittels kleiner als 10% ist, ist der auf die Wirkung des inneren Reduktionsmittels zurückzuführende Anteil des Reduktionsgrades kleiner als der entsprechende Anteil, der auf die Wirkung des äußeren Reduktionsmittels zurückzuführen ist. Reduziert man beispielsweise 500 g Eisenerzpellets von außen mit 200 g Koks, indem man von Raumtemperatur auf 1100⁰C im Verlauf von 30 Minuten aufheizt und dann 20 Minuten lang bei dieser Temperatur reduziert, so erhält man einen Metallisierungsgrad der reduzierten Granulate von 18,4% bei einem auf die Gewichtseinheit metallisches Eisen bezogenen Reduktionsmittelverbrauch (Kohlenstoff zu metallischem Eisen) von 0,41. Unter den gleichen Bedingungen führen nur 50 g Koks bei innerer Anwendung zu einem Metallisierungsgrad von 30,0% und einem Reduktionsmittelverbrauch von 0,24. Die kombinierte Anwendung von 200 g Koks als äußerem Reduktionsmittel und 50 g Koks als innerem Reduktionsmittel führt unter den gleichen Bedingungen zu einem Metallisierungsgrad der reduzierten Pellets von 64,9% bei einem Reduktionsmittelverbrauch pro Gewichtseinheit metallisches Eisen von 0,24. Ein Einsatz von weniger als 10% innerem Reduktionsmittel führt also nicht mehr zu einer ausreichenden gleichzeitigen kombinierten Reduktion durch inneres und äußeres Reduktionsmittel.

Wenn andererseits die Konzentration an innerem Reduktionsmittel 15% übersteigt, wird es schwierig, ausreichend feste Grünpellets herzustellen, die bei der Aufgabe auf den Wanderrost und auch bei der übergabe in den Drehrohrofen keinen Zerfall zeigen.

In der F i g. 2 ist die Druckfestigkeit von vorerhitzten Pellets mit einem Durchmesser von 10 mm als Funktion des Gewichtsanteils an in den Pellets enthaltenem Koksgrus dargestellt. Die Druckfestigkeit wird bei Raumtemperatur gemessen. Die Pellets sind aul 1000⁰C vorerhitzt und aus Magnetit als Eisenerz hergestellt. Die Darstellung zeigt, daß die Festigkeii auch der gehärteten Pellets mit zunehmendem Anteil an innerem festem Reduktionsmittel, hier feinverteiltem Koks, deutlich abnimmt.

Der mittlere Durchmesser der vorerhitzten Pellets liegt zwischen 12 und 14 mm. DieaufRaumtemperatui bezogene zur einwandfreien überführung der Pellets vom Wanderrost in den Drehrohrofen erforderlich« Druckfestigkeit soll mindestens etwa 20 kp/Pelle: betragen. Bei einem mittleren Pelletdurchmesser vor 10 mm beträgt die Bruchfestigkeit der Pellets be 15% innerem Reduktionsmittel etwa 16 bis 17kp Pellet. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit wird da: Verfahren vorzugsweise mit Pellets durchgeführt deren mittlerer Durchmesser, wie bereits genannt bei 12 bis 14 mm liegt. Die auf Zimmertemperatui bezogene Bruchfestigkeit dieser größeren Pellets be trägt bei ebenfalls 15% innerem Reduktionsmitte mindestens etwa 20 kp Pellet. Aus diesem Grunc beträgt der Anteil an festem innerem Reduktions mittel in den Pellets vorzugsweise nicht über 15%.

In der Tabelle II sind die Analysen der im Rahmei des hier beschriebenen Beispiels eingesetzten Aus gangssubstanzen zusammengestellt. Die Werte sin< in Gewichtsprozent angegeben.

509526/19

Tabelle II
a) Eisenerz

Fe,„. FeO Fe₂O₃ SiO₂ Al₂O₃ CaO MgO S H₂O₉,,,.

Indisches 60,59 0,50 86,07 4,61 3,15 0,22 0,03 0,013 4.07

Parabola- 65,54 24,09 66,96 0,42 0,85 1,3$ 2,77 0,035 0,86

b) Festes Reduktionsmittel

Fesler Kohlenstoff Flüchtige Substanz Schwefel Asche

Koks 86,11 1,49 0,52 12,40

c) Bindemittel

Fe₂O₃ SiO₂ Al₂O₃ MgO CaO K₂O Na₂O Glühverlust

Bentonit 2,08 72,44 11,47 1,08 3,19 0,48 2,08 6,98

Die eingesetzten Erze und der Koks haben die in der Tabelle III gezeigte Korngrößenverteilung. Die dargestellten Ergebnisse der Siebanalyse sind in Gewichtsprozent angegeben.

Tabelle III

Korngröße (μΐη)

295 295 bis 208 208 bis 147 147 bis 105 105 bis 74 74 bis 44 44

Indisches Erz 0,35 1,15 3,02 5,38 7,65 11,02 71.43

Parabolaerz OJO 0,14 0,59 0,89 5,39 20,74 72,15

Koks 0,28 0,14 1,48 5,31 11,21 15,94 ' 65,64

Aus dem beschriebenen Ausgangsmaterial werden wässerungszone eingefügt ist. Im folgenden ist ein auf dem Pelletisierteller unter Zusatz von 7 bis Dreizonenwanderrost beschrieben.
8 Gewichtsprozent Wasser die Grünpellets hergestellt. Die Grünpellets werden auf dem Wanderrost in In der Tabelle IV sind die wichtigsten Daten der so ₄₅ einer Höhe von etwa 120 bis 180 mm ceschichtet. erhaltenen Grünpellets zusammengestellt. Diese Schicht durchläuft nacheinander die Trocknungszone, die Entwässerungszone und die VorTabelle IV erhitzungszone und wird von dieser in den Drehrohr-Wassereeialt 8% ^{ofen uber}g^emnrl· Zum Vorerhitzen des Granulats dient

Porosität' 33% 5° ^{das Ab}S^{as aus dem} Drehrohrofen, das im Geeenstrom

Grad der Wasserfüilung '.".".".'.'.". 80% zur Transportrichtung der Pellets auf dem Wanderrost Scheinbare Dichte 3 0% geführt wird. Die Abgase werden von oben her durch Druckfestigkeit ..YYYYYYYY 3,5 kp Pellet j?.^e _f auf dem Wanderrost befindliche Pelletschicht geVerformbarkeit 8% . ^Drenro"rofenabgas strömt nacheinandei

Fallfestiekeit*) 33mal ^{55 durcn d}'^{e Vore}rhitzungszone, die Entwässeruneszom

Volumendichte:'. YYYYYYYYY '. 1,8 kg 1 und die Trockenzone und vom oberen Teil zum unterer

Teil jeder Zone durch die auf dem Wanderrost befind

♦) Unbeschädigter Fall aus 500 mm Höhe auf eine Eisenplatte. liehe Pelletschicht. Das Abgas kann dann in di(

Atmosphäre austreten. In der Vorerhitzungszom

2. Vorerhitzen und Härten der Grünpellets auf dem ^{fo muß} .J?! Ρ™?^™/™³¹*^{18 auf ciner} Temperatu

Wanderrost ™".. "T_nT" ' ¹⁰V > ^{in dcr} Entwässerungszone au

370 bis 4(X) C und in der Trocknuneszone auf 230 bi

Das Vorerhitzen und Härten der Grünpellets auf 250 C gehalten werden. Wenn die^Abgastemperatu

dem Wanderrost erfolgt zonenweise. Es sind minde- unter diese Werte sinkt, müssen Hilfsbrenner einee

itens eine Trocknungszone und eine Vorerhitzungs- 65 setzt werden. Insbesondere in der Vorerhit/ungs

zone vorgesehen. Vorzugsweise wird jedoch ein Drei- und in der Trocknungszone ist der Einsatz von Hilfs

tonensystem verwendet, bei dem zwischen der Trock- brennern mitunter erforderlich,

nungszone und der Vorerhitzungszone eine Ent- Das auf die Zone bezogene optimale Gewichts

verhältnis von Abgas zu Pellets betragt 0,8 bis 1,0. Das in die Entwässerungszone und in die Trocknungszone eingeführte Gas kann praktisch eine beliebige Zusammensetzung aufweisen. Das in die Vorerhitzungszone eingeführte Abgas hat jedoch vorzugsweise einen Sauerstoffgehalt von weniger als 2%, um einen Verbrennimgsverlust des in die Pellets eingearbeiteten Reduktionsmittels zu vermeiden.

Bei Einhaltung der zuvor beschriebenen Bedingungen beträgt die Verweilzeit der Pellets in der Trockliungszone und in der Entwässerungszone jeweils 4 bis 6 Minuten und in der Vorerhitzungszone 6 bis 8 Minuten. In der Tabelle V sind diese Daten noch einmal zusammengestellt, und zwar für eine Höhe der Pelletschicht auf dem Wanderrost von 180 mm und einen Sauerstoffgehalt von 1,5% in der Atmosphäre der Vorerhitzungszone.

Tabelle V

Trocknen 240 5 5

Entwässern 380 5 5

Vorerhitzen 1100 5 8

Unterscheidet man in der Pelletschicht auf dem Wanderrost eine Oberschicht, eine Zwischenschicht und eine Unterschicht von einer Dicke von je 60 mm, so weisen die Pellets in den einzelnen Zonen und einzelnen Schichten am Ausgang der Zonen die in der Tabelle VI gezeigten Temperaturen auf. Die Temperaturen werden jeweils in der Mitte jeder dieser Teilschichten gemessen.

Temperatur	Menge des	Verweilzeit
des Heiz	Heizgases	der Pellets
gases
CQ	(Nm3/min)	(min)

Tabelle VI

Temperatur (⁰C) der Pellets in der

Ober- Zwischen- Unter

schicht schicht schicht

Trocknen	210	120	50
Entwässern	380	350	150
Vorerhitzen	1090	980	850

Die so vorerhitzen und gehärteten Pellets weisen die Mn der Tabelle VII zusammengestellten Eigenschaften auf, wobei die Druckfestigkeit der Pellets auf Zimmertemperatur bezogen ist:

Tabelle VIl

Druck- Verbrauch Reduktionsfestigkeil des ein- grad des

gearbeiteten Eisenerzes

Koksstaubes

(kp/Pellet) (%)

Oberschicht

Zwischenschicht

Unterschicht

Mittelwert

25,8
30,0
29,0

28,3

39,1

17,8

9,6

22,2

9,2
4,1
0,4

4,6 Die unter den genannten Bedingungen erhaltenen vorerhitzten Pellets weisen also eine mittlere Festigkeit von in jedem Fall über 25 kp/Pellet, einen mittleren Verbrauch des festen eingearbeiteten Kohlenstoffs von 15 bis 25% und einen mittleren Reduktionsgrad des Eisenerzes von etwa 4% auf.

In der Fig. 3 ist für Pellets mit einem mittleren Durchmesser von 10 mm die Druckfestigkeit bei Zimmertemperatur als Funktion der Dauer der Vorerhitzung dargestellt. Die Pellets enthalten als Eisenerz feinverteilten Hämatit und als eingearbeitetes festes Reduktionsmittel 10% Koksgrus. Die graphische Darstellung läßt deutlich die Abhängigkeit der Druckfestigkeit der Pellets von der Verweilzeit der Vorerhitzung erkennen. Dabei muß berücksichtigt werden, daß mit zunehmender Verweilzeit bei der Erhitzung auch der Verlust an internem Reduktionsmittel, der unerwünscht ist, zunimmt.

In der in F i g. 4 gezeigten graphischen Darstellung ist die Abhängigkeit der Druckfestigkeit der Pellets bei Zimmertemperatur von der Vorerhitzungstemperatur dargestellt. In allen drei Fällen enthalten die Pellets 10% Koksstaub als inneres Reduktionsmittel. Das Eisenerz ist ein Gemisch aus Hämatit und Magnetit, und zwar im Falle der Kurve (α) im Verhältnis 50:50, im Fall der Kurve (/>) im Verhältnis von 70:30 und im Fall der Kurve (c) im Verhältnis 85:15. Die Kurven zeigen übereinstimmend eine ausgeprägte Abhängigkeit der Druckfestigkeit von der Vorerhitzungstemperatur. Bei einer Vorerhitzungstemperatur unterhalb 800⁰C erreichen die Pellets nicht die erwünschte Festigkeit. Bei einer Vorerhitzungstemperatur über 1100⁰C wird jedoch ebenfalls keine ausreichende Festigkeit der Pellets mehr erreicht, da eine spürbare Verbrennung des internen Reduktionsmittels mit einer strukturellen Zerstörung des als Bindemittel eingesetzten Bentonits einhergeht.

40

3. Kombinierte und gleichzeitige Reduktion vorerhitzten Pellets im Drehrohrofen

Bei der übergabe der das innere Reduktionsmittel enthaltenden vorerhitzten und gehärteten Pellets vom Wanderrost in den Drehrohrofen wird diesen Pellets festes vorerhitztes äußeres Reduktionsmittel zugesetzt Die Pellets sind beim Umwälzen im Drehrohrofen dei gleichzeitigen und kombinierten reduktiven Wirkung des inneren und des äußeren Reduktionsmittels ausgesetzt. Durch die Neigung der Längsachse des Ofens wandern die Pellets auf Grund der Rotation des Ofens allmählich vom Einlaß zum Auslaß des Drehrohrofens Als außen eingesetztes Reduktionsmittel verwendei man vorzugsweise eine relativ reaktionsfähige Kohl« oder deren Sekundärprodukte, wie beispielsweis« Schwel- oder Verkokungsprodukte, vorzugsweise du bei der trockenen Verkokung der Kohle verbleibender Kohlungsrückstände. Vorteilhaft wird auch Kok; in Hochofenqualität als äußeres Reduktionsmitte eingesetzt. Die beschriebenen Verkohlungsproduktt werden vorzugsweise mit einer Korngröße von 5 bi:

20 mm, der Koks in einer Korngröße von 1 bis 8 mn eingesetzt. Das äußere Reduktionsmittel wird vorzugs weise in einer Menge eingesetzt, die größer als dii theoretisch zur vollständigen Reduktion des Eisen erzes in den Pellets erforderliche Menge ist, um in Drehrohrofen stehts eine reduzierende Ofenatmo Sphäre aufrechtzuerhalten.

In der Fig. 5 ist der in den gehärteten Eisener? pellets mit einem mittleren Durchmesser von 10 mn

Q72

:rzielbare Metallisierungsgrad als Funktion der Menge ies eingesetzten äußeren Reduktionsmittels dargestell t. Die Kurve (α) bezieht sich auf das beschriebene Kohleverkokungsprodukt, während sich die Kurve (/.·) auf Koks als festes äußeres Reduktionsmittel bezieht. <\uf der Abszisse der Darstellung ist das Verhältnis des Gewichtes des äußeren Reduktionsmittels zum Gewicht der gehärteten, inneres Reduktionsmittel enthaltenden Pellets aufgetragen. Der für das Gewichtsverhältnis Null gezeigte Metallisierungsgrad von 30% gibt den Metallisierungsgrad wieder, der ohne Anwendung eines äußeren Reduktionsmittels allein vom inneren Reduktionsmittel der Pellets unter gleichen Bedingungen erzielt wird.

Die Reduktion wird im Drehrohrofen mit einer Verweilzeit von 20 Minuten bei 1100' C durchgeführt. Die gezeigten Kurven lassen erkennen, daß beim Einsatz des reaktionsfähigen Kohlungsprodukles bereits beim Einsatz von 20% äußerem Reduktionsmittel ein Metallisierungsgrad von über 95% erreicht wird. Ein über 20% hinausgehender Zusatz an äußerem festem Reduktionsmittel bewirkt im Fall der Kohlungsprodukte keine weitere spürbare Erhöhung des Metallisierungsgrades. Beim Einsatz von Koks, der als typisches Beispiel Tür ein festes Reduktionsmittel mit relativ geringem Reaktionsvermögen gewählt ist, kann bei einem Einsatz von 40% äußerem Reduktionsmittel ein Metallisierungsgrad von 60 bis 80% erzielt werden. Mit zunehmender Menge an als äußerem Reduktionsmittel eingesetztem Koks nimmt auch der Mciallisierungsgrad zu.

Die in der F i g. 5 dargestellten Werte beziehen sich auf eine maximale Reduktionstemperatur von 1100 C. Bei einer Erhöhung dieser Temperatur oder einer Verlängerung der Verweilzeit der Pellets im Reduktionsofen werden ohne weiteres höhere Metallisierungsgrade der Pellets erzielt. Ganz allgemein kann aus den beschriebenen Verhältnissen jedoch abgeleitet werden, daß beim Einsatz von Kohlungsprodukten als äußeres Reduktionsmittel vorzugsweise 15 bis 4b 20% und beim Einsatz von Koks als äußeres Reduktionsmittel 30 bis 40%, jeweils bezogen auf das Gewicht der den Wanderrost verlassenden Pellets, einzusetzen sind. Das äußere feste Reduktionsmittel wird in diesen Mengenverhältnissen an der Verbindungssteile zwischen dem Wanderrost und dem Drehrohrofen den vorerhitzten Pellets zugegeben.

Die Drehrohrofenbeschickung wird auf 10 bis 15% des Ofenquerschnitts eingestellt. Die Reduktionstemperatur wird auf 1100 bis 1200^f C, in jedem Fall jedoch auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Pellets, eingestellt. Als Hauptwärmequelle für die erforderliche Reduktionswärme ; dient ein auf der Austragsseite des Drehrohrofens angeordneter Schwerölbrenner.

Der Drehrohrofen ist in zwei Zonen unterteilt, und zwar in zwei Reduktionszonen. Die erste Reduktionszonc zeigt ein ansteigendes Temperaturprofil, während die zweite Reduktionszone ein konstantes Temperaturprofil, also eine konstante Reduktionstemperalur, aulweist. In der ersten Reduktionszonc des Ofens mit ansteigendem Temperaturprofil wird das aufgegebene Gemisch der vorerhitzten Pellets und des vorerhitzten äußeren Reduktionsmittels auf die Reduktionstemperatur von etwa 1100° C erhöht. Dabei tritt unter gleichzeitiger Wirkung des inneren und des äußeren Reduktionsmittels eine Reduktion der höheren Eisenoxide zu FcO ein. In der zweiten Reduktionszone mit konstanter Temperatur weist die Beschickung eine Reduktionstemperatur im Bereich von 1100 bis 1200° C auf. In diesem Reduktionsbereich tritt die Reduktion des FeO zum metallischen Eisen ein. Dabei wird gleichzeitig eine Sinterung der die reduzierten Eisenerzpellets bildenden metallischen Eisenteilchen bewirkt.

In der Fig. 6 ist der Metallisierungsgrad der Pellets als Funktion der Reduktionsverweilzeit dargestellt. Die Daten beziehen sich auf die gleichzeitige innere und äußere Reduktion gemäß der Erfindung. Der Durchmesser der Pellets beträgt 10 mm. Die Reduktionstemperatur beträgt 1100⁰C. Der Anteil des äußeren Reduktionsmittels ist 10%. Die Kurve (α) bezieht sich auf den Einsatz der zuvor beschriebenen Kohlungsprodukte, die Kurve (fr) auf den Einsatz von Koks als äußeres Reduktionsmittel. Der reaktionsträgere Koks kann häufig jedoch aus Materialkostengründen durchaus dem reaktionsfähigeren Verkohlungsmaterial vorzuziehen sein. In rein technischer Hinsicht zeigt die in Fig. 6 dargestellte Graphik jedoch, daß bei Verwendung der Kohlungsprodukte zur Erzielung eines Metallisierungsgrades von über 90% eine Verweilzeit von etwa 40 Minuten erforderlich ist, während zur Erzielung des gleichen Metallisierungsgrades mit Koks eine Verweilzeit von etwa 60 Minuten benötigt wird. Beim Einsatz eines Gemisches aus Verkohlungsprodukten und Koks als äußeres Reduktionsmittel liegen die erforderlichen Verweilzeiten im Bereich zwischen 40 und 60 Minuten.

In der nachstehenden Tabelle VIII sind die Daten für drei Beispiele wiedergegeben. Das Temperaturprofil im Drehrohrofen ist so eingestellt, daß die Reduktionszone mit einer konstanten Temperatur von 1100^cC über 95% der gesamten Ofenfläche einnimmt.

Im Beispiel 1 sind Pellets eingesetzt, die 10% Koksstaub als inneres Reduktionsmittel enthalten und mit 10% Kohlungsprodukten als äußerem Reduktionsmittel reduziert werden. Im Beispiel 2 enthalten die Pellets 7% Koksstaub und 3% Kohlungsprodukte als inneres Reduktionsmittel und werden mit 10% Kohlungsprodukten als äußerem Reduktionsmittel reduziert. Im Beispiel 3 werden 10% Koksstaub als inneres Reduktionsmittel und 10% Koks als äußeres Reduktionsmittel eingesetzt. Die Werte für die Druckfestigkeit sind für Pellets mit einem Durchmesser von 10 mm angegeben.

Tabelle VIII

Zusammensetzung und Eigenschaften der reduzierter Pellets (%)

Beispiel 1

Fe (gesamt)	82,03	81,91	85.36
Fe (metall.)	77,41	76,12	81,17
FcO	1,67	5,39	5,03
Fe2O3	4,73	2,29	0,40
C	3,07	2,41	2,33
Metallisierungsgrad	94,37	92,93	95,09
Porosität	62,6	64,5	62,3
Druckfestigkeit	61,0	65,0	64,9
(kp/Pellet)

Fortsetzung

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

(0

Verweilzeit (min) in

Reduktions/one 1 20 20 20

(mit ansteigender

Temperatur)

Reduktionszone II 20 20 40

(mit konstanter

Temperatur)

Insiiesami 40 40 60 '⁵

Claims (4)

digkeit von weniger als 25°C pro Minute erhitzt Patentansprüche: V \ werden. Trotz dieser Maßnahmen tritt bei dem ^J bekannten Verfahren jedoch während der Reduktion

1. Verfahren zum Herstellen von reduzieren ein erheblicher Abrieb auf, in dem sich neben fein-Eisenerzpellets aus Bindemittel und festes Reduk- 5 körnigem Schwammeisen die Verunreinigungen der tionsmittel enthaltenden Grünpellets durch korn- Kohle und der Zuschlagstoffe angereichen haben, binierte innere und äußere Reduktion im Drehrohr- Der Abrieb wird nach Aufmahlung durch Flotation ofen mit festem Reduktionsmittel, dadurch oder magnetische Scheidung aufbereitet. Das so gekennzeichnet, daß man die festes Reduk- aufbereitete Schwammeisen wird in Mengen bis zu tionsmittel enthaltenden Grünpellets im Abgas io 25% in die Pelletierung zurückgeführt. Der verbleides Drehrohrofens auf einem Wanderrost trocknet bende Rest des aus dem angefallenen Abrieb aufgear- und praktisch ohne Verbrennungsverlust an inne- beiteten Schwammeisens wird mit gebackener Kohle rem festem Reduktionsmittel auf 800 bis 1100⁰C pelletisiert und zur Härtung «n den Ofen zurückerwärmt, daß man an der übergabestelle vom geführt. Dieses Verfahren ist unwirtschaftlich und Wanderrost zum Drehrohrofen den erwärmten 15 führt trotz eines hohen Verfahrensaufwandes für die Pellets vorerhitztes äußeres festes Rcduktions- Aufarbeitung des Abriebs der Grünpellets zu relativ mittel zugibt und daß man unmittelbar nach hohen Materialverlusten.

Aufgabe des Gemisches in den Drehrohrofen Aus der US-PS 33 28 161 ist ein mehrstufiges komdurch Erwärmen auf Reduktionstemperatur die biniertes Verfahren zur Reduktion von Eisenerz-Pellets durch die gleichzeitige Wirkung des inneren 20 pellets bekannt. Die Grünpellets enthalten als inneres und äußeren festen Reduktionsmittels reduziert. Reduktionsmittel 40 bis 60% des gesamten theoretisch

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zur vollständigen Reduktion der Eisenoxide erforzeichnet, daß die Grünpellets 10 bis 15 Gewichts- derlichen Kohlenstoffmaterials, wobei für dieses innere prozent inneres Reduktionsmittel und mindestens Reduktionsmittel ein Material gewählt wird, das 2 Gewichtsprozent Bentonit als Bindemittel, Rest 25 wesentliche Anteile flüchtiger Elemente enthält. In feinverteiltes Eisenerz, wie pulverförmigen Hämatit einer ersten Reduktionsslufe werden die Grünpellets oder Magnetit, enthalten. bei einer Temperatur von über 900 C zu etwa 50%

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, und bis zu einem Metallisierungsgrad von etwa 35 bis dadurch gekennzeichnet, daß man als inneres 55% durch das innere Reduktionsmittel, das gleich-Reduktionsmittel Koksstaub verwendet. 30 zeitig Bindemittel für die Pellets ist, reduziert. Die

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Grünpellets werden dazu direkt und ohne Vortrockdadurch gekennzeichnet, daß die den Wanderrost nung oder thermische Vorhärtung in einen Drehrohrverlassenden Pellets einen mittleren Reduktions- ofen aufgegeben. Nach dieser Vorreduktion wird in grad von 4% haben. mindestens einer zweiten Stufe extern im selben

35 Drehrohrofen durch ein Kohlebett weiter reduziert In der Regel ist anschließend an diese zweite Reduktio.isstufc eine dritte Reduktionsstufe im elektrischen

Ofen zur Erzeugung des Roheisens erforderlich.

Durch die Aufgabe von Grünpellets in den Drehrohr-40 ofen wird bei diesem Verfahren ebenfalls ein außerordentlich hoher Abrieb erhalten. Während die Grünpellets in der ersten Stufe nur bis zu einem maximalen Metallisierungsgrad von 55% zu maximal nur 66%

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen reduziert werden können, vermag auch die anschlievon reduzierten Eisenerzpellets aus Bindemittel und 45 ßende externe Reduktion keine wesentlich höheren festes Reduktionsmittel enthaltenden Grünpellets Metallisierungsgrade mehr zu bewirken. Außerdem durch kombinierte innere und äußere Reduktion im erfordert das Verfahren große und aufwendige öfen Drehrohrofen mit festem Reduktionsmittel. und Anlagen, die, bezogen auf die zu reduzierende

Ein Verfahren der genannten Art ist aus der Eisenerzmenge, eine außerordentlich ungünstige Ener-DT-AS 12 24 337 bekannt. Ein Zerfall von feuchten 50 giebilanz aufweisen. Das Verfahren ist daher technisch Grünpellets aus magnetischen Erzen zu Feinkorn unpraktisch und ausgesprochen unwirtschaftlich, während der Reduktion zu Schwammeisen kann Ein Verfahren lediglich zur inneren, nicht /ur

nach diesem Verfahren dadurch eingeschränkt, aber kombinierten Reduktion ist weiterhin aus der US-PS eben auch nur eingeschränkt werden, daß man sie 21 12 566 bekannt. Die Grünpellets werden auf einen rasch aufheizt, und zwar auf eine Härtungstemperatur 55 vor dem Drehrohrofen liegenden Wanderrost gegeben von mindestens 900"C mit einer Geschwindigkeit und vom Ofenabgas vorgewärmt, und zwar gegebenenvon mindestens 25 C pro Minute, vorzugsweise 30 bis falls so weit, daß die Reduktion bereits einsetzt. Die C pro Minute. Als Bindemittel für die Pellets so vorgewärmten oder vorreduzierten Pellets werden wird beim Pelletieren gebackene Kohle in Mengen dann im Drehrohrofen allmählich auf Reduktionsbis zu 40% zugesetzt. Diese wird bei etwa 400 bis 60 temperatur gebracht und intern reduziert. Dabei 500° C plastisch und bewirkt dabei eine Verfestigung werden Pellets mit einem Metallisierungsgrad von der in den Drehrohrofen aufgegebenen Grünpellets. maximal 50% erhalten. Die zur Vorerwärmung ver-Durch den Kohlezuschlag brauchen die Pellets nach wendeten Ofengasc verlassen den Ofen mit einer der Aufgabe in den Drehrohrofen also nur bis zu Temperatur von 500 C und werden an einer vom einer Temperatur von etwa 400 bis 500° C mit hoher 65 Ofenausgang entfernten Stelle nachverbrannt. Dieses Geschwindigkeit erhitzt zu werden und können an- Verfahren ist hinsichtlich des erzielbarcn Metallisieschließend bis auf die eigentliche Härtungstempcratur rungsgrades, der Temperaturführung und des Energieauch mit einer durchschnittlichen Aufheizgeschwin- bedarfes unwirtschafllich. Die gleichen Nachieik