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VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON KOHLENSTOFFARMEM EISEN -SCHWAMM Die
Erfindung bezicht sich auf Verfahren zur Herstellung von kohlenstoffarmem Eisenschwamm,der
eine Grundlage für die Gewinnung von Reineisen ist.
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Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Eisen aus Eisenerzmaterial
in Retorten periodischer Wirkung bekannt (siche das Buch "Eisenerzeugung außerhalb
des Hochofens in Auslande" von Pochwisn@w u.a.,Verlag "Metallurgija",UdSSR, 1964,
S. 76 - 87).
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Es wird dabei durch das zu behandelnde Material or -hitztos Reduktionsgas
in einer Richtung von oben nach unten bei
nachfolgender Abkühlung
des Materials mit Erdgas in einer nicht oxydierenden Atmosphäre geblasen.Das Reduktions
-gas erzeugt man durch Dampfkonversion von Erdgas.
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Man kann @edoch bei diesem Verfahren nur Eisenschwamm von mit einem
Kohlenstoffgehalt nicht weniger als 1 - 2 Gewichts -prozent erzielen,während zur
Erzeugung von Reineisen Eisenschwamm mit einen Kohlenstoffgehalt von 0,02 - 0,04
Gew.- % erforderlich ist.
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Außerdem wird das Eis@nerz@aterial gemäß dem bekannten Verfahren
mit Erdgas in einer Richtung durchgeblasen;es ist jedoch dabei unnöglich,eine gleich@äßige
Eisenreduktion in der Gesa@thohe der durchzublasenden Schicht zu erreichen.
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Untersuchungen haben gezeigt,daß man unter Verwendung von konvertiertem
Erdgas allein kohlenstoffar@en Eisenschwann nicht erzielen kann,weil bei dessen
Benutzung im Reduktions - Endstadiu@ das gleichzeitige Aufkohlen von Eisen durch
Zersetzung des Kohlenoxydes geschieht.
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Die Verwendung von Wasserstoff allein als Reduktion@ -mittel gestattet
es nicht,hohe wirtschaftliche Kennzahlen zu erhalten,weil bei tiefen Temperatu@en
Wasserstoff ein schwaches Reduktionsmittel ist,d.h. er wird in dieser Periode
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bedeutenden Maße unproduktiv verbraucht, und außerdem zicht sich der Gesamtprozeß
beträchtli@h in die Länge,was zu einer Minderung der Leistungsfähigkeit der Anlage
führt.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es,die ange -.
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führten Schwierigkeiten zu beseitigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,ein Verfahren zur Herstellung
von Eisensch@@nn zu entwickeln,das eine be -deutende Verringerung des Kohlenstoffgehaltes
im Fertigpro -dukt gewährleistet.
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Diese Aufgabe ist mit Hilfe eines Verfahrene zur Herstel -lung von
kohlenstoffarmem Eisenschwamm mittels Durchblasen des Eisenerzmaterials mit erhitztem
Reduktionsgas unter nach -folgender Abkühlung des Eisenschwammes in einer nicht
oxydie -renden Atwosphäre gelöst.Gemäß der Erfindung wird zunächst erhitztes Oxydationsgas
durch das Eisenerzmaterial geblasen und die Reduktion des Eisenerzmaterials durch
das erhitzte kohlenstoffhaltige Gas bis zu einem Metallisa -tionsgrad von 60 - 80
Masse % bei einer Nachreduktion unter Anwendung von erhitztem und einer Abkühlung
unter Anwendung von kaltem Wasserstoff durchgeführt.
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im Ergebnis gelingt es,einen Eisenschwamm zu erhalten,der
bedeutend
weniger Kohlenstorf enthält,als bei den oetanaten Verfanren.
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Es ist zweckmäßig,die Reduktionsgase durch das angegebene Material
von oben una unten abwechselnd zu @lasen.
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flas zu verarbeiende Eisenerzmaterial wird dabei in der Gesamthöhe
der durchzublasenden Schicht gleichmaßig reduziert.
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Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel
beschrieben.
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In eine Retorte wird das Eisenerzmaterial (Erz,Erzkonzen -trat oder
Pellets) beschickt und erhitzt,wobei man das OFyda -tionsgas (Verbrennungsprodukte)
durchgehen läßt.Dann wird das Eisenerzmaterial durch konvertiert es Erdgas oder
ein anderes kohlenstoffhaltiges Gas (Synthesegas,Endogas u.a.) bis zu einem Metallisationsgrad
von 60 - 80 % reduziert.
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Eine endgültige Reduktion des Eisenerzmaterials erfolgt durch erhitzten
Wasserstoff;dabei darf die Gastemperatur die Anfangstemperatur der Erweichung des
Eisenerzmaterials nicht übersteigen.
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Zum Schluß des Vorganges wird durch das verarbeitete Eisenerzmaterial
kalter Wasserstoff geblasea,um den erzeugten kohlenstoffarmen Eisenschwamm abzukühlen.
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Die Zufuhr des Reduktionsgases in die Retorte wird von oben und unten
abwechaelnd vorgenommen,wodurch der Reduktion -grad des Eisenschwammes in der Schichthöhe
ausgeglichen wird, was die Zusammensetzung des Eisenechwammes homogener macht, die
Güte des Eisenschwames infolge der Zunabme des mittleren Reduktionsgrades und des
Anteiles von metallischem Eisen erhöht,die Zeit der Chargenbearbe@tung verkürzt
und die leistung der Anlage steigert.
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Durch die angegebene Reihenfolge kommt bei der Ausfüh -rung des Verfahrens
folgendes zustande; Die Reduktion von Erz geschieht sowohl im kinetischen, als auch
im Diffusionsbereich.Bei verhältnismäßig tiefen Temperaturen erfolgt die Reduktion
in
Bereich, wo die Adsorption,Diffusion,chemische Reaktionen uad die Desorption stattfinden.
In diesem Bereich wird Kohlenoxyd mehr als Wasserstoff adsorbiert;deshalb verlauft
der Reduktion -vorgang durch Kohlenoxyd bedeutend schnaller,als durch Wasser -stoff.
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Außerdem verlaufen die Reduktionsreaktionen von höherem Oxyd zu Eisen
bei Verwendung von Xohlenoxyd unter Warmer -zeugung;deshalb entwickeln sich diese
Reaktionen vorwiegend
bei tiefen Temperaturen.Durch die Heizung
und Reduktion des Erzes steigen dessen Gasdurchlässigkeit und Reduzierbarkeit.
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Bei höheren Temperaturen erfolgt der Reduktionsvorgang des Eisenerzmaterials
im Diffusionsbereich,wo die Gasadsorp -tion praktisch fehlt.Da die relative Molekularmasse
des Wasserstoffs bedeutend kleiner ist,als die des Koblevoxydes, ist seine Diffusionsgeschwindigkeit
bedeutend höher,als beim Kohlenoxyd.Außerdem ver@aufen die Reduktionsreaktionen
von höherem Oxyd zu Eisen bei Verwendung von Wasserstoff unter Wärmeaufnahme;deshalb
entwickeln sich diese Beaktionen vorwiegend bei hohen Temperaturen.Ausdiesen Gründen
ent -wickelt sich der Reduktionsvorgang in diesem Bereich schneller durch Wasserstoff,aber
nicht durch Kohlenoxyd,um so mehr, als zu dieser Periode die Gasdurchlässigkeit
und Reduzierbarkeit von Erz infolge seiner Vorreduktion durch das Kohlenoxyd steigen
und sich somit die Diffusionsvorgänge verbessern.
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Die aufeinanderfolgende Reduktion durch konvertiertes Erdgas bei
tiefen Temperaturen und durch Wasserstoff allein bei hohen Temperaturen sichert
also eine große Intensita0t des ILeduktionsprozesses von Erz.So eine Intensität
ist nicht zu erreichen,wenn man als Reduktionsmittel ent@eder nur Erd -gas oder
nur Wasserstoff allein verwendet.
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Rußsrtiger Kohlenstoff,der sich durch Zersetzung des Kohlenoxydes
bildet,lagert sich an der Oberfläche der Erzteil -chen und in den Poren ab.Bei einer
nachfolgenden Erwärmung werden Eisenoxyde durch rußartigen Kohlenstoff zu metallisches
Eisen reduziert unter Ausscheidung von Kohlenstoffmonoxyd und einer geringen Menge
von Kohlendioxyd.Um den verlauf der Reduktionsreaktion der Eisenoxyde durch rußartigen
Kohlen -stoff zu sichern,ist lediglich eine genügende Wärmezufuhr erforderlich,und
der bei der Nachreduktion verwendete er -hitzte Wasserstoff ist gerade so ein Wärmeträger.
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Das Aufkohlen des zu reduzierenden Eisenerzmaterials infolge der
Zersetzung von CO benindert also nicht die Ge -winnung von kohlenstoffarmem Eisenschwamm
,weil der abgelager -te rußartige Kohlenstoff ein aktives Reduktionsmittel ist,
und er wird die Eisenoxyde reduzieren.
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Um den gewonnenen kohlenstoffarmen Eisenschwamm vor sekundärem Oxydieren
und Aufkohlen zu verhüten,wird er mit kaltem Wasserstoff abgekühlt.
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Es wurden Pellets mit einem Eisengehalt von 66 - 67% geprüft.
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Als Reduktionsmittel wurde konvertiert es Erdgas verwendet,das in
Vol.% enthielt
CO2 - 4,2 - 8,0 CnHm - 0,1 - 0,4 °2 - 0,2 - 0,7 H2
-50,0 - 55,6 CO -34,2 - 37,8.
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Bei einem Metallisationsgrad des Eisenschwammes bis 70% betrug der
Kohlenstoffgehalt darin 0,06%;aher @ bei Verwendung von konvertiertem Gas für eine
endgültige Reduktion nach Er -reichen des Metallisationsgrades von 80% und höher
begann der Kohlenstoffgehalt anzusteigen,und dabei intensiver als der Metallisationsgrad;aber
bei Anwendung von Wasserstoff fur die endgültige Reduktion bei Metallisationsgrad
über 70% waren im Eisenschwamm 0,02 - 0,04% Kohlenstoff enthalten.
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Die Zeit der Eisenschwammreduktion durch konvertiert es Gas bis zu
einem Metallisationsgrad von 65 - 70% betrug 1,5 -3 Stunden.
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Bei Nachreduktion des Eisenschwaiimis durch Nasserstoff im Laufe
von 2 Stunden stieg der Utetallisationsgrad auf 95 - 96% an.Nach der Abkühlung des
Eisenschwammes mit angegebenen Metallisationsgrad durch Wasserstoff wurde das Eisen
bei 200 -2500C entnommen.Es war dabei keine Oxydation festzustellen.
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die Prüfungen haben gezeigt,daß infolge einer hohen Intensität des
Prozesses der Erzreduktion die Leistungsfähig -keit der Anlage im Vergleich mit
der Reduktion nur durch Wasserstoff allein sich um 25 - 50% gesteigert und durch
die Benutzung von billigem konvertiertem Gas als Reduktionsmittel der Selbstkostenpreis
des Frischen sich gesenkt hat.