DE2048827A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Re duktion von Erzen, insbesondere Eisen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Re duktion von Erzen, insbesondere EisenInfo
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Description
Oesterreichisch-Älpine Mont an^es ell schaft
in V/i en
Verfahren und Vorrichtung zur Reduktion von Erzen, insbesondere
Eisenerzen.
Die Reduktion von Eisenerzen erfolgt üblicherweise im Hochofen, wobei Eisenerz, gegebenenfalls Zuschlagstoffe
für die Schlackenbildung und Koks von der Gicht aus in den Schacht eingebracht werden und die Verbrennungsluft ("Wind")
durch die unten im Gestell angeordneten Windformen zugeführt wird. Beim klassischen Hochofenverfahren muß die
gesamte Sehmelzarbeit und Reduktionsarbeit vom Koks geleistet
werden und es sind daher große Mengen an Koks erforderlich. Dies ist insbesondere in Ländern, welche über
keine eigenen Vorkommen an verkokbarer Kohle verfügen, nachteilig. Es ist daher bereits bekannt, den Koksverbrauch
durch Zuführung von flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen in den unteren Schachtteil bzw. in die Rast dee
Hochofens zu vermindern. Bei diesem bekannten Verfahren werden die Kohlenwasserstoffe durch die Windformen oder
durch gesonderte Düsen in den Hochofen eingeblasen.Hiebei
wurde auch bereits vorgeschlagen, die flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffe in teilverbranntem Zustand in
den Hochofen einzuführen, wobei die bei der Teilverbrennung gebildeten Gase CO und H2 einen Teil der Reduktioneerbeit
übernehmen. Auf diese Weise ist es möglich, den Kokeverbrauch herabzusetzen, jedoch aind immer noch beträchtliche
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Koksinengen für den Betrieb des Hochofens erforderlich.
Wenn auch die reduzierenden Gase in heißem Zustand, bei~ · spielsweise mit Temperaturen von 95o bis looo0 C eingeblasen
werden und ihre Wärme an das Erz abgeben, so wird bei einem solchen Verfahren doch noch der Großteil
der Schmelz- und Reduktionsarbeit vom Koks geleistet.
Bei allen Verfahren, bei welchen neben dem Eisenerz auch Koks an der Gicht aufgegeben wird und somit das
Eisenerz mit dem Koks im Gleichstrom im Schacht nach Maßgabe des Schmelzvorganges absinkt, tritt überdies die sogenannte
Boudouardreaktion auf, welche darin besteht, daß sich der Sauerstoff der Kohlensäure mit dem Kohlenstoff
des Kokses verbindet. Es tritt eine Rückreduktion von CO2
zu CO ein, welche in Temperaturlagen über 10000C stattfindet
und diese Rückreduktion stellt einen beträchtlichen Verlust dar.
Die Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren zur Reduktion von Eisenerzen in einem Schachtofen zu schaffen,
bei welchem diese Nachteile vermieden werden und besteht im wesentlichen darin, daß im oberen Teil des Schachtofens
Erz und gegebenenfalls Zuschläge ohne Brennstoff bzw. ohne Koks zugeführt wird und im unteren Teil desselben aus einer
Teilverbrennung etammende reduzierende Gaae mit ihrer Verbrennungswärme
und zusätzlicher Wärme sowie gegebenenfalls fester Kohlenetoff in Pulverform, insbesondere in Form von
aus der Teilverbrennung stammendem Ruß, zugeführt werden. Eb iet somit für das βrfindungagemäße Verfahren wesentlich,
daß an der Gioht dem Möller keine Brennstoffe zugesetzt
werden, sodaß bei Absinken des Möllers kein Kohlenstoff
entsteht und somit auch keine Boudouard-Reaktion vor sich
gehen kann. Gemäß der Erfindung erfolgt die Teilverbrennun^
zweokmäßig unmittelbar vor Eintritt des Brennstoffes in
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den Schachtofen selbst, sodaß die Verbrennungswärme in
einfacher V/eise ausgenützt wird. Gegebenenfalls aber könnte die Teilverbrennung auch außerhalb des Schachtofens
erfolgen, wobei die Verbrennungswärme mittelbar dem Schachtofenprozeß zugeführt wird. Zur Erhöhung der
Temperatur erscheint es zweckmäßig, die Teilverbrennung mit Heißwind durchzuführen. Zum Zwecke der Temperaturerhöhung
kann weiters die Teilverbrennung auch mit Sauerstoff erfolgen, sodaß der Stickstoffballast nicht mit
erhitzt werden muß.
Als Brennstoffe für den Teilverbrennungsvorgang können flüssige und/oder gasförmige Kohlenwasserstoffe
und/oder feste Brennstoffe verwendet werden. Da die aus dem Teilverbrennun:=;svorgang stammende Wärme für das Niederschmelzen
des Eisens nicht ausreicht, wird zusätzliche Wärme im Bereich der Zone, in welche die teilverbrannten
G-ase eingeführt werden, zugeführt. Gemäß der Erfindung wird diese zusätzliche Wärme zweckmäßig in Form von elektrisch
erzeugter Wärme, beispielsweise durch Anwendung von Plasma- oder Flammbögen bzw. Spannungsfeldern in den
Brennern und/oder in Form von durch lichtbogen oder Induktion erzeugter Wärme zugeführt. Durch die Zufuhr der zusätzlichen
Wärme kann dem für die Schmelzung, die Reduktionsarbeit etc., erforderlichen Wärmebedarf Rechnung getragen
werden, ohne daß die erforderliche Reduktionsarbeit der G-ase in irgendeiner Weise berührt wird.
Dadurch, daß die Zugabe von Koks und anderen Brennatoffen an der Gicht des Schachtofens zur Gänze vermieden
wird und die Möllersäule ausschließlich Erz und gegebenenfalls zur Schlackenbildung dienende Zuschläge enthält,
wird eine Rückreduktion (Boudouardreaktion) der Kohlensäure, welche bei den bekannten Verfahren Verluste mit sich bringt,
völlig vermieden. Es strömen nun lediglich die heißen,aus
dem Teilverbrennungsvorgang gewonnenen Reduktionsgase, und zwar Kohlenmonoxyd und Wasserstoff, der niedergehenden
Erzmöllersäule entgegen und bewirken die Reduktion. Der bei der Teilverbrennung gewonnene Ruß dient zur direkten
Reduktion und zur Aufkohlung des Eisenbades. Durch Steuerung der anfallenden Menge an Ruß kann die Höhe der Aufkohlung
des Eisenbades geregelt werden und es kann auf diese Weise ein Endprodukt erzielt werden, welches im Bereich
zwischen Roheisen und überfrischtem Stahl liegt. Die anfallende Rußmenge und damit der Aufkohlungegrad des
Eisenbades kann in einfacher Weise durch Regelung der Sauerstoffzufuhr zum Teilverbrennungsvorgang geregelt werden.
Zweckmäßig wird das Verfahren so durchgeführt, daß die teilverbrannten Gase in den unteren Teil des Schachtofens
in verschiedenen Höhen und allenfalls mit verschiedenen Sauerstoffmengen und verschiedenen Temperaturen eingeführt
werden. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit einer optimalen Anpassung an den im Ofen erforderlichen Temperatur- und
Reduktionsmittelverlauf.
Die Erfindung ermöglicht somit eine völlige Einsparung von Koks, was in solchen Ländern, welche über keine oder
nur über beschränkte Vorkommen von verkokbarer Kohle verfügen, von besonderer Wichtigkeit ist. Weiters wird die
Wirtschaftlichkeit des Verfahrens durch Entfall der Boudouardreaktion verbessert und ein wesentlicher Vorteil der Erfindung
besteht darin, daß das Verfahren jederzeit steuerbar durchgeführt werden kann. Diese Steuerbarkeit ist dadurch
gegeben, daß die Möllersäule nur Erz und keinen Koks enthält und daß die Zuführung der reduzierenden Gase jederzeit
präzise eingestellt werden kann, wobei insbesondere dann, wenn die zusätzliche Wärme auf elektrischem Wege erzeugt
wird, auch die Wärmezufuhr präzise regelbar ist.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist
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1Q9Ö17/13S6
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gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch einen Schachtofen,
in dessen unterem Teil Spaltbrenner (im vorliegenden Falle sollen unter Spaltbrennern solche Brenner verstanden «erden,
in welchen der Brennstoff lediglich teilweise zu reduzierenden Gasen verbrannt wird) vorgesehen sind. Diese Spaltbrenner
können zur Erzeugung der gewünschten reduzierenden Gase bzw. des Süßes entsprechend eingestellt werden» Zweckmäßig
sind diese Spaltbrenner in verschiedenen Höhen vorgesehen, wobei es vorteilhaft ist, wenn gemäß der Erfindung die
tiefer angeordneten Spaltbrenner mehr der Wärmeerzeugung
und die höher angeordneten Spaltbrenner in erster Linie der Erzeugung von Reduktionsgas und RuB dienen·
Bei Durchführung des Verfahrens in einem Hochofen der
bekannten Art werden an der Gicht ausschließlich Erz und gegebenenfalls zur Schlackenbildung dienende Zuschläge zugeführt,
wobei die teilverbrannten Gase in die Hast und/oder im Gestell eingeführt werden. Ein üblicher Hochofen ist jedoch
für die Aufgabe von Erz und Koks an der Gicht berechnet und es erscheint daher zweckmäßig, einen besonders gestalteten
Schachtofen vorzusehen, dessen unterer Teil, zu welchem die Spaltbrenner führen, gegenüber dem Schacht erweitert ist,
zweckmäßig wenigstens den 1,5-fachen, vorzugsweise etwa den 2-fachen bis 4—fachen Querschnitt aufweist als der Schacht.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen
schematisch erläutert.
Fig. 1 bis 4 zeigen Vertikalschnitte durch verschiedene
Ausbildung eines Schachtofens.
Bei dem Schachtofen nach Fig.l erfolgt die Aufgab« de·
Erzes und der Zuschläge in ähnlicher Weise wie bei einem Hochofen an der Gicht *■ über einen Fülltrichter 2. 3 stellt
den Gichtgasabzug dar. Das Eisenerz gelangt in den Schacht 4,
wobei die Erzmölleraäule 5 lediglich Erz und gegebenenfalls
Zuschläge, aber keinen Koks enthält. Bei 6 ist der Schacht ähnlich der Rast «Ines Hochofens verengt. Der untere Teil 7
des Schachtes ist gegenüber dem Schacht 4 erweitert.
1 0 θ 81 7 / 1 3~5 Ö5
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Leitungen θ, durch welche öl oder andere Kohlenwasserstoffe
zugeführt werden, führen zu Spaltbrennern 9, welche rund um den Schacht angeordnet sind. Ober Leitungen
Io wird technisch reiner Sauerstoff und/oder Heißwind den Spaltbrennern zugeführt. 11 deutet die Zuführung
elektrischer Energie für die Erzeugung der zusätzlichen Wärme an. Es können die Spaltbrenner 9 selbst als Elektroden
ausgebildet sein oder Elektroden enthalten und die zusätzliche Wärmemenge kann mit elektrischen Flamiabogen
oder Plasma erzeugt werden.
In dem Spaltbrenner 9 wird durch Teilverbrennung Kohlenmonoxid und Wasserstoff erzeugt, welche Gase entgegen
der niedergehenden Erzmöllersäule 5 nach oben
strömen und die Reduktion bewirken. Gleichzeitig wird in den Spaltbrennern auch Kohlenstoff in Form von Huß erzeugt,
der die Aufkohlung bewirkt. Unter der Wärme ei !«wirkung wird das Eisen und die Schlacke geschmolzen, wobei 12 das
Eisenbad darstellt.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fi^.1 lediglich dadurch,daß
nun für die Erzeugung der zusätzlichen Wärme eine Induktionsspule 13 vorgesehen ist.
Die Ausführungaform nach Fig. 3 unterscheidet aich von der Ausführungsform nach Fig. 1 durch die Anordnung
von gesonderten Elektroden 14.
Die Anordnung nach Fig. 4 unterscheidet aich von der Anordnung nach Fi^. 3 dadurch, daß die Spalt brenner 9 aia
eingezogenen Schachtteil 6 vorgesehen sind, welcher der Rast beim Hochofen entspricht. Es werden wieder Ul oder
andere Kohlenwaaaeratoffe durch die Leitungen 8 und technisch reiner Sauerstoff mit oder ohne Heißwind durch
die Leitungen Io den Spaltbrennern 9 zugeführt, und die
zusätzliche Wärmezufuhr erfolgt wieder mit Lichtbogen
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2040827
durch Elektroden 14.
>7ird beim erfindungsgemäßen Verfahren als Brennstoi'f
Heizöl verwendet und dieses Heizöl z.B. mit nicht vorgewärmter Luft zu etwa 6 lim Gas pro Kilogramm Heizöl
teilweise verbrannt, so ergibt sich eine Plammentemperatur von 75o bis 8oo°C. Bei Teilverbrennung des gleichen
Heizöles im gleichen Ausmaß mittels technisch reinen Sauerstoffes wird eine Plammentemperatur von etwa 14oo C
erzielt; diese Plamment eDiperatur kann bei der Teilverbrennun^ des Heizöles mittels Luft ebenso erreicht werden,
wenn diese Luft auf 1100 bis 12000C erhitzt wird. Wird
zusätzliche Wärme in Form elektrischer Energie, z.B. mittels Plasma- oder Flaminbogen im Brenner in einer Menge
von etwa 1 kWh/kg Heizöl zugeführt, steigt die Plammentemperatur auf 1700 bis 180O0G, bei welcher Temperatur
ohne weiteres Stahl aus Erz erschmolzen werden kann. Ifoch höhere elektrische Energiezufuhr pro kg Heizöl läßt
die Piaminentemperatur weiter steigen. Bei der Teilverbrennung des Brennstoffes entstehendes Kohlenoxyd bzw.
entstehender Wasserstoff kann vor allem im Ofenschacht Eisenoxyde nach der allgemeinen Gleichung
Pe 0 + y.CO = x.Pe + y.C09
' χ y c.
bzw.
PexOy + y.H2 = x.Pe + y.HpO
PexOy + y.H2 = x.Pe + y.HpO
reduzieren.
Verbleibende Eisenoxydreste können ähnlich wie beim klassischen Hochofenverfahren direkt durch festen Kohlenstoff
reduziert werden. Der bei der Teilverbrennung des Brennstoffes entstehende Kohlenstoff ist in der Lage, Erz
im Sinne der Gleichung
PeO + C = Pe + CO
direkt*zu reduzieren und überschüssiger Kohlenstoff bewirkt
eine Aufkohlung des Eisens.
1ÖÖ817~/1356
2040827 S
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ähnlich wie in einem in normaler Weise betriebenen Hochofen
ein wesentlicher Anteil des Erzes durch reduzierende Gase reduzierti jedoch ist dieser Anteil beim erfindungsgemäßen
Verfahren noch wesentlich größer als im normal betriebenen Hochofen.
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Claims (12)
1. Verfahren zur Reduktion von Erzen, insbesondere Eisenerzen in einem Schachtofen, dadurch gekennzeichnet,
daß im oberen Teil (4) des Schachtofens Erz (5) und gegebenenfalls
der Schlackenbildung dienende Zuschläge ohne Brennstoff bzw. ohne Koks zugeführt werden und im unteren
Teil (6,7) des Ofens aus einer Teilverbrennung stammende
reduzierende Gase mit ihrer Verbrennungswärme und zusätzlicher Wärme sowie allenfalls fester Kohlenstoff in
Pulverform, insbesondere in Form von aus der Teilverbrennung stammendem Ruß zugeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilverbrennung unmittelbar beim Eintritt des
Brennstoffes in den Schachtofen erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff flüssige und/oder gasförmige
Kohlenwasserstoffe und/oder feste Brennstoffe verwendet
werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung mit Heißwind und/oder technisch
reinem bzw. hochkonzentriertem Sauerstoff erfolgt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß im Bereich der Einführungszone (6,7) der teilverbrannten Gase die zusätzliche V/ärme in
Form von elektrisch, beispielsweise durch Plasma, Plammbö'gen,
Spannungsfeldern, Lichtbogen oder Induktion erzeugter
V/firme zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1J t dadurch
gekennzeichnet, daß bei Durchführung in einem Hochofen an der Gicht (1) ausschließlich Erz (5)» allenfalls zusammen
- 9 -109817/1356 BAD ORIGINAL
2040327 1Ö
mit Zuschlagstoffen zugeführt wird, und die teilverbrannten
Gase in der Rast (6) und/oder im Gestell (7) eingeführt wird. -
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Wärme in einer zum
Niederschmelzen des bei der Reduktion von Erz entstandenen Metalls ausreichenden Menge zugeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Reduktion von Eisenerzen
die Aufkohlung des Eisenbadea durch Regelung der Sauerstoffzufuhr zum Teilverbrennungsvorgang und damit durch
Regelung der erzeugten Rußmenge eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis ö, dadurch
gekennzeichnet, daß die teilverbrannten G-ase in den unteren Teil (6,7) des Schachtofens in verschiedenen
Höhen eingeführt werden, wobei die Teilverbrennung der weiter unten zugeführten Gase unter größerem Sauerstoffmangel
durchgeführt wird als die Teilverbrennung der weiter oben zugeführten Gase.
Io.Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Schachtofen, in dessen unterem Teil (6,7) Spaltbrenner (9)
vorgesehen sind.
11.Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spaltbrenner (9) in verschiedenen Höhen vorgesehen sind.
12.Vorrichtung nach Anspruch Io oder 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der untere Teil (7) des Schachtofens, zu welchem die Spaltbrenner führen, gegenüber dem Schacht
(4) erweitert ist, zweckmäßig wenigstens den 1,5-fachen, vorzugsweise etwa den 2-fachen bis 4-fachen Querschnitt aufweist
als der Schacht (4).
BAD OWQINAL 109817Zf35 1B ' 1^1'71 /K0
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EP2853610A2 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OGA | New person/name/address of the applicant | ||
8239 | Disposal/non-payment of the annual fee |