DE2106062A1

DE2106062A1 - Continuous sponge iron prodn in vertical - shaft furnace

Info

Publication number: DE2106062A1
Application number: DE19712106062
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Hindley, Joseph Gordon, 8000 München
Priority date: 1970-02-09
Filing date: 1971-02-09
Publication date: 1971-08-19

Abstract

Continuous reduction of iron oxide to sponge iron is performed by reaction of pre-heated iron oxide with pre-heated reducing gas for a period of time sufficient to result in a min 90% reduction of the oxide. The temp to which the iron oxide and the reducing gas are preheated lies between the sooting temp of the gas and the softening temp of the iron oxide. The oxide is pref. pelletised prior to introduction into the vertical shaft kiln, in which the reduction is carried out. In the kiln the oxide is charged from the top and the gas introduced near the bottom from the sides.

Description

Reduktionsverfahren Die e Erfindung betrifft ein Reduktionsverfahren und befasst sich insbesondere mit einem Verfahren zur Reduktion von Eisenoxyd, Bei der Erzeugung von Eisen bedient man sich hauptsächlich eines Hochofens, in weichem das Eisenoxyderz, gegebenenfalls nach einer Aufbereitung, zu metallischem Eisen unter der Einwirkung von Kohlenstoff, Kohlenmonoxyd und Wasserstoff sowie in Gegenwart einer Schlacke reduziert wird. Die Temperatur der Schmelzzone innerhalb des Hochofens wird oberhalb des Schmelzpunktes des Eisens und der Schlacke gehalten, so dass das Eisen und die Schlacke sich an dem moden des Hochofens sammeln, von wo sie periodisch abgestochen werden können, Hoch öfen haften jedoch viele ernsthafte Nachteile an, wobei 1 der nicht geringste die hohe Qualität der Brennstoffe ist, welche eingehalten werden muss. Ausserdem wird das Eisen durch Kohlenstoff sowie Verunreinigungen in den Brennstoffen verschmutzt. Hochöfen sind ferner mit dem Nachteil behaftet, das ihre Stillegung äusserst unwirtschaftlich ist, so dass das mit ihrer Hilfe durchgeführte Verfahren für Fabriken mit kleiner Kapazität nicht besonders günstig ist. Seit einiger Zeit ist es bekannt, dass Eisenoxyderz unter bestimmten Bedingungen direkt zu Eisen mittels eines reduzierenden Gases reduziert werden kann. Eine Vielzahl derartiger direkter Reduktionsverbren wurde vorgeschlagen, und zwar im Hinblick darauf, dass damit die den Hochöfen anhaftenden Probleme vermieden werden. Reduction Process The invention relates to a reduction process and is particularly concerned with a method for reducing iron oxide, Bei the production of iron is mainly done in a blast furnace, in a soft one the iron oxide ore, possibly after processing, to metallic iron under the action of carbon, carbon monoxide and hydrogen as well as in the presence a slag is reduced. The temperature of the melting zone inside the blast furnace is kept above the melting point of iron and slag so that the Iron and the slag adhere to the fashion of the blast furnace, From where they can be tapped periodically, however, blast furnaces adhere to many serious ones Disadvantages, 1 of which is by no means the high quality of the fuels, which must be adhered to. It also gets the iron through carbon as well Impurities in the fuels polluted. Blast furnaces also have the disadvantage afflicted that their shutdown is extremely uneconomical, so that with their Help performed procedures not particularly for factories with small capacity is cheap. For some time it has been known that iron oxyder ore under certain Conditions can be reduced directly to iron by means of a reducing gas. A variety of such direct reduction burns have been proposed, namely with a view to avoiding the problems inherent in blast furnaces.

Bis Jetzt ist kein direktes Reduktionaverfahren bekannt, das eine Alternative für das Hochofenverfahren in technischem Maßstabe darstellt. Oft ist die Jeweilige Anlage zu kostspielig, und zwar sowohl hinsichtlich der Erzeugung als auch des Betriebs, oder die Ergebnisse sind zu unsicher.So far, no direct reduction method is known, the one This represents an alternative to the blast furnace process on a technical scale. Often is the respective system too expensive, both in terms of production as well as the operation, or the results are too uncertain.

Durch die Erfindung wird ein kontinuierliches Verfahren zur Reduktion von Eisenoxyd zu Schwammeisen zur Verfügung gestellt. Dieses Verfahren besteht darin, in auSeinanderfolgenden Stufen das Eisenoxyd vorzuerhitzen, ein reduzierendes Gas vorzuerhitzen, das vorerhitzte Eisenoxyd mit dem vorerhitzten reduzierenden Gas während einer Zeitspanne zu kontaktieren, die wenigstens dazu ausreicht, dass eine 90 Ziege Metallisierung des Eisenoxyds erfolgt, wobei das Eisenoxyd und das reduzierende Gas ebenfalls vorerhitzt werden, und wobei der ganze Kontakt Uber eine Temperatur zwischen der nachstehend noch näher geschilderten Rußungstemperatur (sooting temperature) und der Erweichungstemperatur des Eisenoxyds erfolgt.The invention provides a continuous process for reduction provided by iron oxide to sponge iron. This procedure consists of to preheat the iron oxide in successive stages, a reducing gas preheat the preheated iron oxide with the preheated reducing gas to contact for a period of time that is at least sufficient for a 90 goat metallization of the iron oxide takes place, with the iron oxide and the reducing Gas can also be preheated, and with all the contact Uber a temperature between the soot temperature described in more detail below (sooting temperature) and the softening temperature of the iron oxide.

Unter dem Begriff "Rußungstemperatur" ('tsooting temperature') soll die Temperatur verstanden werden, bei welcher die Reaktion von 2CO C + C02 ap Bedeutung gewinnt und eine merkliche Abscheidung von Kohlenstoff verursacht. Im allgemeinen wird das Verfahren bei einer temperatur von 8500C, vorzugsweise 900°C, bis 11000C durchgeführt.The term “soot temperature” ('tsooting temperature') is to be understood as the temperature at which the reaction of 2CO C + C02 ap becomes important and causes a noticeable deposition of carbon. In general, the process is carried out at a temperature of 8500.degree. C., preferably 900.degree. C., to 11000.degree.

Unter dem Begriff "reduzierende Gasefr soll ein Gas oder eine Gasmischung verstanden werden, wobei die Gesamtwirkung des reduzierenden Gases darin besteht, die Reduktion des Eisenoxyds zu bewirken. Einige, wenn auch nicht alle Gaskomponenten der Mischung, müssen nicht Gase sein, die dazu in der lage sind, die Reduktion per se zu bewirken.The term "reducing gases" is intended to mean a gas or a mixture of gases understood, where the overall effect of the reducing gas is to effect the reduction of iron oxide. Some, if not all, of the gas components of the mixture do not have to be gases that are capable of reducing by to effect se.

Eine Vorrichtung zur Durchführung der kontinuierlichen Eisenoxydreduktion setzt sich wie folgt zusammen: Aus einem vertikalen Schacht,der einer inneren Arbeitstemperatur von wenigstcns 12000C zu widerstehen vermag und auch eine Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Abnützung durch natürliches Eisenerz oder Agglomeraten besitzt, die in gesteuerter Weise innerhalb des Schachts herunter fallen.A device for carrying out the continuous iron oxide reduction is composed as follows: From a vertical shaft, that of an internal working temperature able to withstand at least 12000C and also a resistance to wear and tear caused by natural iron ore or agglomerates that are in controlled Way down inside the shaft.

Aus Düsen zum Einblasen der reduzierenden Gase in den Schacht, aus einer wärmebeständigen Einrichtung zum Beladen des Schachts mit dem zu reduzierenden Material, wobei die Einrichtung dazu in der tage ist, ein entweichen von reduzierenden Gasen während des Beladens zu verhindern, wobei eine Aufnahmevorrichtung zur Entfernung von verbrauchten reduzierenden Gasen vorgesehen ist, und einer Einrichtung zum Abführen des Eisenschwamms, der während der Reduktion des Eisenoxyds erzeugt worden ist, in eine neutrale oder reduzierende Atmosphäre.From nozzles for blowing the reducing gases into the shaft a heat-resistant device for loading the shaft with that to be reduced Material, the facility to which is capable of escaping reducing To prevent gases during loading, using a receiving device for distance of used reducing gases is provided, and a device for discharging the sponge iron produced during the reduction of iron oxide, in a neutral or reducing atmosphere.

Sowohl das reduzierende Gas als auch die feste Charge werden bei einer etwa konstanten Temperatur der Reduktionszone zugeführt und von dieser abgezogen. Während die Reduktion stattfindet, ist es vorzuziehen, das sich das zu reduzierende Erz oder Eisenoxyd und das reduzierende Gas Gegenstrom zueinander bewegen. Dies hat zur Folge, dass das ganze Arbeitsvolumen eines Jeden Reaktors oder Reduktionsofens, das zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendet werden kann, für die Reduktion ausgenützt wird. Die feste Charge, d.h. das Eisenoxyd, und die reduzierenden Gase werden abseits der Reduktionszone oder des Reduktionsofens vorerhitzt. Das Abicdhlen des verbrauchten reduzierenden Gases erfolgt ebenfalls dann, wenn das Gas aus der Reduktionazone entfernt ist, d.h. von einem Reduktionsofen weg ist.Both the reducing gas and the solid charge are in one approximately constant temperature fed to the reduction zone and withdrawn from this. While the reduction is taking place, it is preferable that that which is to be reduced Ore or iron oxide and the reducing gas move countercurrent to each other. this has the consequence that the entire working volume of each reactor or reduction furnace, which can be used to carry out the process according to the invention, for the reduction is exploited. The solid charge, i.e. the iron oxide, and the reducing Gases are preheated away from the reduction zone or the reduction furnace. That The consumed reducing gas is also cooled if the Gas is removed from the reduction zone, i.e. away from a reduction furnace.

Durch Trennen des Vorerhitzens, Kühlens: sowie der Reduktion der festen Charge und der Gase wird die auf das zu reduzierende Eisenoxyd einwirkende Belastung auf ein Minimum herabgesetzt. Die ganze Charge iet gegenüber einer Deformation, einem Zerbrechen und einem Anhaften von einzelnen Teilen aneinander oder an die Ofenwand weniger anfällig.By separating the preheating, cooling: as well as reducing the solid Charge and the gases will be the load acting on the iron oxide to be reduced reduced to a minimum. The whole batch is opposed to a deformation, breaking and sticking of parts to each other or to the Oven wall less susceptible.

Ein Wärmeaus tauschverfahren zum Abkühlen der verbrauchten Reduktionsgase ist erforderlichenfalls in einer von dem erflndungsge»wdsen Verfahren getrennten Einheit vorgesehen.A heat exchange process to cool the used reducing gases is, if necessary, in a separate process from that of the invention Unit provided.

Das Ergebnis ist ein relativ niedriger Obendruck in der Reduktionszone, wobei der Druck ferner durch Abpumpen der verbrauchten Gase entweder während oder nach dem Kühlen auf ein Minimum herabgesetzt werden kann.The result is a relatively low top pressure in the reduction zone, wherein the pressure is further achieved by pumping the spent gases either during or can be reduced to a minimum after cooling.

Das erzeugte Eisen liegt in Form von Eisenschwamm vor und enthält vorzugsweise weniger als 2 % und insbesondere weniger als 1 % Eisenoxyd.The iron produced is in the form of sponge iron and contains preferably less than 2% and in particular less than 1% iron oxide.

Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich unter Verwendung von Eisenoxyderz, Aschen oder Rückständen durchführen, wobei jedoch praktisch jede Eisenoxydquelle verwendet werden kann, gleichgültig, ob sie eine synthetische oder natürliche Quelle ist Die Eisenoxydcharge sollte im allgemeinen aufbereitet sein und vor der Reduktion in entsprechender Weise verarbeitet worden sein, um soviel als möglich wert].ose Gangart vor der Reduktion zu entfernen, und uni damit zu einer Verbesserung der Gasökonomie zu gelangen. Die Methoden für eine derartige Aufarbeitung sind bekannt und hängen von der jeweiligen Art des Erzes sowie seiner Fundstelle ab.The inventive method can be carried out using iron oxide ore, Ashes or residues carry out, however, using virtually any source of iron oxide Can be used whether it is a synthetic or natural source The iron oxide batch should generally be prepared and prior to reduction appropriately processed to be worth as much as possible] .ose To remove gait before the reduction, and thus to an improvement in the Gas economy. The methods for such a work-up are known and depend on the type of ore and where it was found.

Die Charge kann in Form von natürlichen Klumpen vorliegen, sie wird jedoch vorzugsweise agglomeriert, beispielsweise nach einer der folgenden Methoden: 1. Pelletisierung Erz wird aufbereitet, vermahlen, getrocknet und zu Pellets verformt, wobei diese Pellets vorzugsweise aus Kugeln bestehen. Der Durchmesser der Kugeln kann natürlich variieren, wobei Jedccb Durchmesser von 1 2 - 18 rr.Jn oder 25 mm bevorzugt werden.The batch can be in the form of natural lumps, it will but preferably agglomerated, for example by one of the following methods: 1. Pelletizing Ore is processed, ground, dried and formed into pellets, these pellets preferably consist of spheres. The diameter of the balls can of course vary, with Jedccb diameter from 1 2 - 18 rr.Jn or 25 mm to be favoured.

Die Pellets können mit Kohlenstoff a-ngerercllert werden, wobei es zweckmässig sein kann, eine kleine Menge cines Bindemittels, rie beispielsweise Kalk, Cntoflit oder dergleichen, zuzugeben.The pellets can be filled with carbon, with it It may be useful to use a small amount of a binder, for example Add lime, cntoflit or the like.

Entsprechende Methoden sind bekannt.Appropriate methods are known.

2. Brikettierung Aschen, Rückstände sowie Eisen(III)-oxyderze können in der Weise brikettiert werden, dass diese Materialien, gegebenenfalls in mit Kohlenstoff angereichertem Zustand und/oder zusammen mit einem Bindemittel erhitzt werden. Brikettierungsmethoden sind ebenfalls bekannt.2. Briquetting ashes, residues and iron (III) oxydes can be are briquetted in such a way that these materials, optionally in with carbon enriched state and / or heated together with a binder. Briquetting methods are also known.

Es ist vorzuziehen, wenn die Charge in Form von harten Pellets vorliegt, und zwar inrbesondere wegen der Festigkeit dieser Pellets sowie ihrer gleichmässigen Packdichte. Die Einmischung von nur ungefahr 0,5 % Calciumoxyd in die Pellets hat zur Folge, dass die Pellets selbst schlackenbildende Eigenschaften besitzen und eine grössere Festigkeit aufweisen, wobei sie sich bei der Reduktion nur geringfügig und auch gleichmässiger expandieren. Auch die Anwesenheit von Kalk hat eine katalytische Wirkung zur Folge und beschleunigt die Reduktionsreaktionen Wie vorstehend erwähnt, muss das erfindungsgemässe Verfahren innerhalb eines vergleichsweise engen Temperaturbereichs durchgeführt werden. Die Eisenoxydcharge wird daher vorzugsweise vorerhitzt, vorzugsweise auf eine Temperatur von 900 - 1100°C, bevor sie in den Reaktor eingeführt wird. Die Temperatur der in einen Reaktor eintretenden Charge sollte unterhalb des Erweichungspunktes des Erzes liegen und oberhalb des effektiven "Rußungspunktes" des eingesetzten reduzierenden Gases sich befinden. Die Zusammensetzung des zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens eingesetzten reduzierenden Gases muss derartig sein, dass sowohl endotherme als auch exotherme Reaktionen stattfinden una im wesentlichen eine thermale Neutralität zur Folge haben. Es kann auch ein Inertgas im solch ausreichenden Mengen vorliegen, die dazu ausreichen, dass sie als Wärmereservoir wirken und die Reaktionstemperatur innerhalb des erforderlichen Bereiches halten.It is preferable if the batch is in the form of hard pellets, in particular because of the strength of these pellets and their uniformity Packing density. Mixing only about 0.5% calcium oxide into the pellets As a result, the pellets themselves have slag-forming properties and have a greater strength, although they differ only slightly in the reduction and also expand more evenly. The presence of lime is also catalytic Effect and accelerate the reduction reactions As mentioned above, the method according to the invention must be within a comparatively narrow temperature range be performed. The iron oxide charge is therefore preferably preheated, preferably to a temperature of 900-1100 ° C before it is introduced into the reactor. The temperature of the charge entering a reactor should be below the softening point of the ore and above the effective "soot point" of the reducing agent used Gas. The composition of the implementation of the invention Procedure used reducing gas must be such, that both endothermic and exothermic reactions take place and essentially result in thermal neutrality. It can also be an inert gas in such a sufficient Amounts are present that are sufficient to act as a heat reservoir and which Keep the reaction temperature within the required range.

Jedes geringfügige Abweichen von einer vollständigen thermalen Neutralität sowie folglich kleinere Temperaturschwankungen können in der Weise behoben werden, dass die genaue Temperatur und/oder die Zusammensetzung des zugeführten reduzierenden Gases eingestellt werden. Das reduzierende Gas wird normalerweise einem jeaktor, In welchem das Verfahren durchgeführt wird, bei einer Temperatur zugeführt, die innerhalb des vorstehend beschriebenen Temperaturbereiches liegt.Any slight deviation from complete thermal neutrality and consequently smaller temperature fluctuations can be corrected in such a way that the exact temperature and / or the composition of the added reducing Gas can be adjusted. The reducing gas is usually fed into a jeactor, In which the process is carried out, fed at a temperature which is within the temperature range described above.

Es kann in bestimmten Fällen zweckmässig sein, einen Tell oder die ganze Reaktionskammer mit einem Wassermantel zu umgeben, um deren Aussenteile abzukühlen.In certain cases it may be useful to add a Tell or the to surround the entire reaction chamber with a water jacket in order to cool the outer parts.

Die Reduktionsreaktionen, die normalerweise zur Reduktion von Eisenerz durchgeführt werden, bestehen aus der Reduktion von Eisenoxyd mit Kohlenstoff, Kohlenmonoxyd und Wasserstoff.The reduction reactions that normally lead to the reduction of iron ore consist of the reduction of iron oxide with carbon, carbon monoxide and hydrogen.

Die Gleichungen für die drei Reaktionen sind nachstehend angegeben: 3H2 + Fe2O3 = 3H2O + 2Fe + 22,80 Kcal 3CO + Fe2O3 = 3CO2 + 2Fe - 6,70 Kcal 3C + Pe203 = 300 + Be +117,8 Kcal Die Reaktionswärmen werden pro Mol des reduzierten Eisens angegeben.The equations for the three reactions are given below: 3H2 + Fe2O3 = 3H2O + 2Fe + 22.80 Kcal 3CO + Fe2O3 = 3CO2 + 2Fe - 6.70 Kcal 3C + Pe203 = 300 + Be +117.8 Kcal The heats of reaction are reduced per mole of Iron specified.

Wird eine mit Kohlenstoff angereicherte Charge verwendet, d.h.If a carbon enriched batch is used, i.e.

werden beispielsweise mit Kohlenstoff angereicherte Pellets eingesetzt, dann besteht das reduzierende Gas vorzugsweise im wesentlichen aus Kohlenmonoxyd. Damit die Temperatur des Eisenoxyds innerhalb der Temperaturgrenzen gehalten werden kann, die für das erfindungsgemässe Verfahren erforderlich sind, sollte in der Charge esr, entsprechendes Gewicht an Kohlenstoff, wie beispielsweise Koks, pro metrische Tonne des Eisens in dem Erz vorliegen. Das aktive reduzierende Gas kann in geeigneter Weise durch das Erz in einem ausreichenden Volumen strömen gelassen werden, wobei dieses Volumen dazu ausreichen sollte, wenigstens ungefähr 600 scm pro metrische Tonne des Eisens in den Eisenerz zu liefern, wobei es sich ufi die zur Reduzierung des Eisenerzes erforderliche Menge ha:-delt. Der Überschuss an reduzierendem Gas strömt durch die Charge. In diesem Falle verbleibt dein derartiger Überschuss inert und dient als Wärmereservoir.for example, carbon-enriched pellets are used, then the reducing gas preferably consists essentially of carbon monoxide. So that the temperature of the iron oxide is kept within the temperature limits can, which are required for the inventive method, should be in the batch esr, equivalent weight of carbon, such as coke, per metric Ton of iron present in the ore. The active reducing gas can be used in a suitable manner Manner, being allowed to flow through the ore in a sufficient volume this volume should be sufficient, at least about 600 scm per metric Ton of iron in the iron ore supply, whereby it is ufi which is used to reduce of iron ore required ha: -delt. The excess of reducing gas flows through the batch. In this case, such excess remains inert and serves as a heat reservoir.

Das Kohlenmonoxyd kann durch gesteuerte partielle Verbrennung von Kohle in Sauerstoff oder Luft erzeugt werden. Im letzteren Falle ist natürlich auch Stickstoff als inertes Verdünnungsmittel zugegen.The carbon monoxide can be produced by controlled partial combustion of Coal can be produced in oxygen or air. In the latter case, of course, is also Nitrogen present as an inert diluent.

Mischungen aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff können ebenfalls als reduzierendes Gas verwendet werden. Enthält die Charge wenig oder überhaupt keinen Kohlenstoff, dann kann das verwendete Gas im wesentlichen aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff in einem Volumenverhältnis von ungefähr 3:1 bestehen.Mixtures of carbon monoxide and hydrogen can also be used as reducing gas can be used. Does the batch contain little or none at all Carbon, then the gas used can consist essentially of carbon monoxide and Consist of hydrogen in a volume ratio of approximately 3: 1.

Das genaue Verhältnis schwankt Je nach der Wirkungsgrad einer jeden Reduktionskomponente. Jedoch hat ein Gas dieser Zusammensetzung eine ungefähre thermale Neutralität zur Folge. Gas dieser Zusammensetzung kann durch die teilweise Verbrennung von Kohle mit Sauerstoff oder Luft, die gegebenenfalls angereinhert ist, erzeugt werden. in anderes reduzierendes Gas, das verwendet werden kann, ist ein Gas der Zusammensetzung CO:H2:N2 mit einem Volumenverhältnis von ungefähr 1:2:2, das durch gesteuerte Verbrennung von Methan in Luft erzeugt werden kann. Der vorhandene Stickstoff reicht dazu aus, soviel Wärme zur Verfügung zu stellen, um die Roa,ktionstemperatur innerhalb des erforderlichen Bereiches zu halten.The exact ratio varies depending on the efficiency of each Reduction component. However, a gas of this composition has an approximate thermal Result in neutrality. Gas of this composition can be obtained by partial combustion generated by coal with oxygen or air, which is optionally attached will. Another reducing gas that can be used is a gas composition CO: H2: N2 with a volume ratio of approximately 1: 2: 2, produced by controlled combustion can be generated by methane in air. The existing nitrogen is sufficient to to provide enough heat to keep the roa, ction temperature within the required area.

Eine andere reduzierende Gaszusammensetzung besteht im wesentlichen aus Stickstoff, Wasserstoff und Kohlenmonoxyd, wobei das CO:H2-Volumenverhältnis 4:3 beträgt. Das Gas kann durch Verbrennung von Bunkeröl mit Ruft, die mit weiterem Sauerstoff angereichert ist, erzeugt werden.Another reducing gas composition essentially exists from nitrogen, hydrogen and carbon monoxide, the CO: H2 volume ratio 4: 3. The gas can by burning bunker oil with gets that with further Oxygen enriched, can be generated.

In jedem Falle kann der Stici&stoffgehalt des Gases derartig eingestellt wercen, dass einerseits der Reaktivität des Erzes Genüge getan wird und andererseits das angestrebte thermische Gleichgewicht ersielt wird.In any case, the nitrogen content of the gas can be adjusted in this way ensure that on the one hand the reactivity of the ore is satisfied and on the other hand the desired thermal equilibrium is achieved.

Es ist eine anenkannte Tatsache, dass Wasserstoff dazu in der Ige ist, Fe2O3 vollständig innerhalb 30 Minuten bei einer Temperatur von 100000, 60 Minuten bei einer Temperatur von 900°C und 90 Minuten bei einer Temperatur von 80000 zu reduzieren. Reines Kohlenmonoxyd vermag Fe2O3 vollständig innerhalb 150 Minuten bei 10000C und innerhalb 180 Minuten bei 900°C zu reduzieren.It is a well established fact that hydrogen can do this is, Fe2O3 completely within 30 minutes at a temperature of 100,000, 60 Minutes at a temperature of 900 ° C and 90 minutes at a temperature of 80000 to reduce. Pure carbon monoxide is completely capable of Fe2O3 within 150 minutes at 10000C and within 180 minutes at 900 ° C.

Eine Reduktion bei einer Temperatur von weniger als 90000 wird in zunehmendem Maße gehemmt, und zwar teilweise infolge des Auftretens einer "Rußungsreaktion", d . h. einer Reaktion 200#CO2 + a sowie deren Wirkungen. Die Zeitspanne, während welcher die Charge der Einwirkung von reduzierenden Gasen bei der Temperatur ausgesetzt wird, bei welcher das erfindungsgemässe Verfahren durchgeführt wird, sollte oberhalb der Zeitspanne liegen, die theoretisch dazu erforderlich ist, eine vollständige Reduktion des Eisenoxyds zu bewirken. Eine Verweilzeit von nicht weniger als ungefähr 120 Minuten wird bevorzugt, falls das reduzierende Gas aus Wasserstoff besteht, während eine Verweilzeit von nicht weniger als 240 Minuten eingehalten wird, wenn das redusierendo Gas aus Kohlenmonoxyd besteht.A reduction at a temperature of less than 90,000 is in increasingly inhibited, partly as a result of the occurrence of a "soot reaction", d. H. a reaction 200 # CO2 + a and its effects. The length of time during which exposed the batch to the action of reducing gases at temperature is, in which the inventive method is carried out, should be above the Time span that is theoretically required to achieve a complete reduction of iron oxide. A residence time of no less than about 120 Minutes is preferred if the reducing gas consists of hydrogen while a dwell time of not less than 240 minutes is observed if this is reduced Gas consists of carbon monoxide.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, dass das reduzierende Gas, das aus dem Reaktor austritt, noch in merklichem Ausmaße ein gewisses Potential. besitzt, v.nd zwar sowohl hinsichtlich der Wärme als auch als verbrennbarer Brennstoff. Das Gas kann daher beispielsweise nach einem teilweisen Wärmeaustausch dazu verwendet werden, das Erz vorzuerhitzen, das erzeugte Metall erneut aufzuheizen oder elektrische Energie zu erzeugen, wobei es ferner a;13 petrochemisches Beschickungsmaterial eingesetzt werden kann. Befindet sich die Schwammeisen-Erzeugungsanlage in der Näbe einer Stahlerzeugungsanlage, dann können die Gase als Brennstoff zur Stahlerzeugung verwendet werden. Der Verwendungszweck, welchem die verbrauchten Gase zugeführt werden, hängt in gewisser Weise von der Zusammensetzung sowie von der Massengeschwindigkeit des reduzierenden Gases ab.Die Massengeschwindigkeit des reduzierenden Gases sowie dessen Zusammensetzung als Nachlaufgas nach der Reduktion des Erzes hängen teilweise von der Reaktivität des Erzes, jedoch auch von der Energiemenge ab, und zwar sowohl von der chemischen Energie als auch von der Wärmeenergie, die in dem Gas zurückbleibt, das aus dem Reaktor austritt.An important feature of the invention is that the reducing Gas emerging from the reactor still has a certain potential to a noticeable extent. possesses, both in terms of heat and as a combustible fuel. The gas can therefore be used for this purpose, for example after a partial heat exchange be to preheat the ore, reheat the generated metal or electrical Generate energy while also employing a; 13 petrochemical feedstock can be. If the sponge iron production plant is located in the vicinity of a steel production plant, then the gases can be used as fuel for steelmaking. The purpose of usage, to which the consumed gases are fed depends in some way on the Composition and the mass velocity of the reducing gas Mass velocity of the reducing gas and its composition as a tail gas after the reduction of the ore depend in part on the reactivity of the ore, however also on the amount of energy, both chemical energy and on the thermal energy remaining in the gas exiting the reactor.

Ferner wird durch die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Verfügung gestellt. Die Reduktion des Eisenerzes erfolgt vorzugsweise in einem Reaktor, der aus einem vertikalen Schacht besteht, welcher mit einem feuerfesten Material ausgekleidet ist, das einer inneren Arbeitstemperatur von wenigstens 1200°C zu widerstehen vermag und auch dem Abrieb durch natürliches Eisenerz oder Agglomerate widerstehen kann, das bzw. die in dem Schacht gesteuert in Abwärtsrichtung fallen. Ist eine Expansion des Erzes während der Reduktion des Eisenoxyds wahrscheinlich, dann weist der Durchmesser des Schachtes vorzugsweise eine sich nach unten ausdehnende Schrägung auf, so dass jede Erhöhung des Chargenvolumens kein Anhaften an dem Schacht oder kein Verstopfen desselben verursacht. Das obere Ende des Schachtes ist vorzugsweise mit einer Einrichtung versehen, mit deren Hilfe in den Schacht eine Charge aus zu reduzierendem Eisenoxyd eingeführt wird. Eine derartige Einrichtung kann aus einer üblichen Einrichtung bestehen, beispielsweise aus einem Gichtverschlussystem, wie es in Hochöfen oft verwendet wird. Das System, welches das vorerhitzte und vorzugsweise aggiomerierte Eisenoxyd zuführt, kann aus einem Endlosförderer bestehen, welcher die Charge zu dem oberen Aufgabetrichter führt. Das Zuführungssystem sowie der obere Aufgabetrichter sind vorzugsweise gegenüber einem Wärmeverlust abgeschirmt, so dass gewährleistet ist, däss din Charge den Reaktor innerhalb des Temperaturbereiches zugeführt werden kann, der zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens erforderlich ist.Furthermore, the invention provides a device for implementation of the method according to the invention made available. The reduction of iron ore preferably takes place in a reactor consisting of a vertical shaft, which is lined with a refractory material that has an internal working temperature able to withstand at least 1200 ° C and also the abrasion by natural Can withstand iron ore or agglomerates that are controlled in the shaft fall in the downward direction. Is an expansion of the ore during the reduction of the Iron oxide, then the diameter of the shaft is preferably a downward sloping slope so that any increase in batch volume does not cause sticking or clogging of the duct. The top The end of the shaft is preferably provided with a device with the help of which a batch of iron oxide to be reduced is introduced into the shaft. One such device may consist of a conventional device, for example from a topping-out system, as is often used in blast furnaces. The system, which supplies the preheated and preferably agglomerated iron oxide can from an endless conveyor that takes the batch to the upper feed hopper leads. The feed system and the upper hopper are preferably opposite shielded against heat loss, so that it is ensured that the reactor is charged in the batch can be supplied within the temperature range required to carry out the inventive method is required.

Das obere Ende des vertikalen Reaktors weist vorzugsweise ferner eine Einrichtung auf, um die heissen verbrauchten Reduktionsgase von dem Oberteil des Reaktors zu entfernen. The upper end of the vertical reactor preferably also has means to remove the hot spent reducing gases from the top to remove the reactor.

Dieses Gas ist immer noch eine wertvolle Quelle für Wärmeenergie und chemische Energie und kann daher, wie vorstehend erwähnt, als Wärmequelle für die Erzagglomerierungseinheit oder die Vorerhitzungseinheit oder für einen anderen Zweck verwendet werden, und zwar vorzugsweise dann, nachdem etwa vorhandener Staub entfernt worden ist. This gas is still a valuable source of thermal energy and chemical energy and can therefore, as mentioned above, be used as a heat source for the ore agglomeration unit or the preheating unit or for another Purpose are used, preferably after about existing Dust has been removed.

Die reduzierenden Gase können in Aufwärtsrichtung durch die herabfallende Charge strömen gelassen werden und betreten den Reaktor in der Nähe des Bodens durch beispielsweise einen Ring aus wassergekühlten Düsen, die sich um die Reaktorbasis erstrecken. Die Reaktorbasis ist vorzugsweise in Form eines konischen, wassergekühlten rotierenden Tisches ausgebildet.The reducing gases can go up through the falling Charge can be flowed through and enter the reactor near the bottom for example a ring of water-cooled nozzles around the reactor base extend. The reactor base is preferably in the form of a conical, water-cooled rotating table.

Ist der innere Durchmesser des Reaktors derartig, dass eine tiefere Eindringung der Reduktionsgase in den Hauptkörper der zu reduzierenden Charge ermöglicht wird, dann kann das Gas in den Reaktor durch Öffnungen in dem rotierenden Tisch eingeführt werden, der auf diese Weise ein rotierender Rost wird. Derartige Öffnungen sind vorzugsweise so angebracht, dass sie in Abwärtsrichtung zeigen, so dass die Gewähr gegeben ist, dass kein herabfallendes Erz weder den sich drehenden Rost noch die Öffnungen verstopft. Die Öffnungen besitzen vorzugsweise einen kleineren Durchmesser als der Durchmesser des verwendeten Erzes. Das Bodenende des Realtors weist ferner eine Entnahmerinne auf, die eine neutrale oder reduzierende Atmosphäre enthält, wobei diese Rinne dazu dient, das reduzierte Eisenoxyd abzuführen. Eine derartige Rinne kann in der Weise ausgelegt sein, dass das Schwammeisen direkt einer Brikettierungswalze oder -presse oder einer anderen Presse zugeführt wird, in welcher das Schwammeisen komprimiert und zu grösseren Einheiten verformt wird, die weniger porös sind und besser einer Reoxydation zu widerstehen vermögen. Wahlweise kann das heisse Schwammeisen in einer reduzierenden Atmosphäre direkt der Zuführungseinrichtung einer Stahlerzeugungsanlage zugeführt werden. Das Schwammeisen kann ferner in einer mit Wasser gekühlten Trommel oder in einem Zylinder abgekühlt werden, und zwar in einer nicht reoxydierenden Atmosphäre.Is the inner diameter of the reactor such that a deeper one Permits penetration of the reducing gases into the main body of the batch to be reduced then the gas can enter the reactor through openings in the rotating table be introduced, which in this way becomes a rotating grate. Such openings are preferably positioned so that they point downwards so that the It is guaranteed that no falling ore neither the rotating grate nor the openings clogged. The openings are preferably of a smaller diameter than the diameter of the ore used. The bottom end of the realtor also has a discharge chute that contains a neutral or reducing atmosphere, this channel serves to discharge the reduced iron oxide. Such a one The channel can be designed in such a way that the sponge iron is directly attached to a briquetting roller or press or another press in which the sponge iron is compressed and deformed into larger units that are less porous and better able to withstand reoxidation. Optionally, you can use the hot sponge iron in a reducing atmosphere directly to the feeder of a steelmaking plant are fed. The sponge iron can also be placed in a drum cooled with water or cooled in a cylinder, in a non-reoxidizing one The atmosphere.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawings.

Figur 1 zeigt in schematischer Weise den Reaktor, in welchem das Eisenoxyd zu Eisen reduziert wird.Figure 1 shows schematically the reactor in which the iron oxide is reduced to iron.

Figur 2 ist ein Fliessbild, das die Stufen des erfindungsgemässen Verfahrens zeigt, und zwar einschliesslich der vorbereitenden sowie der sich anschliessenden Stufen.Figure 2 is a flow chart showing the stages of the invention Procedure shows, including the preparatory and subsequent Stages.

Die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendet Vorrichtung besteht aus einem vertikalen Schacht 11 mit einem iqit der Höhe abnehmenden Durchmesser, wobei dieser Schacht an seinem oberen Ende vorzugsweise ein wärmeisoliertes Gichtverschlussystem 12 aufweist, welches die vorerhitzte Oxydcharge aufzunehmen vermag. Das Gichtverschlussystem sollte vorzugsweise ein doppeltes System sein, um ein Entweichen von reduzierenden Gasen während der Beladung zu vermeiden Die Reaktorbasis besteht aus einem rotierenden Rost 13 in Form eines Konus, der Öffnungen aufweist, welche das reduzierende Gas aufzunehmen vermögen. Die Öffnungen sind abwärts geneigt, uin die Gefahr ihrer Verstopfung auf einem Minimum zu halten.The device used to carry out the method according to the invention consists of a vertical shaft 11 with a diameter that decreases in height, this shaft preferably has a heat-insulated gout closure system at its upper end 12 has which is capable of receiving the preheated charge of oxide. The gout closure system should preferably be a double system to avoid any escape of reducing Avoid gases during loading The reactor base consists of a rotating one Grate 13 in the form of a cone, which has openings, which the reducing gas able to absorb. The openings are sloping downwards, there is a risk of them becoming blocked to keep it to a minimum.

Die Schachtbasis weist ferner einen Auslass 14 für das reduzierte Erz auf.The shaft base also has an outlet 14 for the reduced Ore on.

Düsen 15 zum Einblasen von Gas in den Reaktor befinden sich un die Schachtbasis herum angeordnet, während aufsteigende Kanäle 16 für die verbrauchten Gase um das Oberteil des Schachtes herum angeordnet sind. Diese Kanäle können auch ein Einwegventil aufweisen, um die Abführung der verbrauchten Gase aus dem Oberteil der Vorrichtung zu ermöglichen.There are nozzles 15 for injecting gas into the reactor Manhole base arranged around while ascending channels 16 for the consumed Gases are arranged around the top of the shaft. These channels can too have a one-way valve to discharge the used gases from the upper part to enable the device.

Während des Betriebs wird ein minderwertiger Hämatit durch Vermahlen, Flotationsbehandlung, Klassierung, Entkalkung, weitere Flotation, Entwässerung sowie ein weiteres Vermahlen aufbereitet. Das aufbereitete Erz wird mit einer kleinen Menge Kalk vermischt, um die Ausdehnung des Eisenoxyds bei der Reduktion zu Eisen auf einem Minimum zu halten. Dann wird das.Material einer Pelletisierungseinheit zugeführt, in welcher es zu kugelförmigen Pellets verformt und auf 125000 erhitzt wird.An inferior hematite will appear during operation Grinding, Flotation treatment, classification, decalcification, further flotation, dewatering as well prepared for another grinding. The processed ore is with a small Amount of lime mixed in to expand the iron oxide when it is reduced to iron to keep it to a minimum. Then the material becomes a pelletizing unit fed, in which it is deformed into spherical pellets and heated to 125,000 will.

Die auf diese Weise gebildeten Pellets werden auf eine Reduktionsreaktionstemperatur in einem Luftkühler abgekühlt.The pellets thus formed are brought to a reduction reaction temperature cooled in an air cooler.

Die aus dem Kühler austretende erhitzte Luft wird zurückgeführt, um den Pelletisierungsofen aufzuheizen. Die heissen Pellets werden dann mittels einer Fördereinrichtung dem Gichtverschlussystem 11 am Oberteil eines vertikalen Schachtreaktors 12 zugeführt, der mit einem feuerfesten Material ausgekleidet ist und beispielsweise die in Figur 1 gezeigte Ausgestaltung auS eist.The heated air exiting the cooler is returned to heat up the pelletizing stove. The hot pellets are then made using a Conveying device to the top closure system 11 on the upper part of a vertical shaft reactor 12 supplied, which is lined with a refractory material and for example the embodiment shown in Figure 1 is out.

Die Charge wird dem Oberteil des Reaktors zugeführt. In dem Reaktor fliesst ein Gas aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd in einem Molverhältnis von 3:1 in Aufwärtsrichtung.The batch is fed to the top of the reactor. In the reactor a gas consisting of hydrogen and carbon monoxide flows in a molar ratio of 3: 1 in the upward direction.

Claims

N e u e p a t e n t a n s p r u c h e

1. Process for reducing iron oxide to sponge iron it. one reducing gas, characterized in that you process carried out continuously and the iron oxide is preheated one after the other, the reducing gas is preheated and left in contact with the preheated iron oxide until at least 90% of the iron oxide is converted into the metal, with iron oxide and reducing agent Gas to a temperature between the soot temperature and the softening temperature of the iron oxide and the temperature during the entire contact time between iron oxide and reducing gas is kept in this area.

2. The method according to claim 1, characterized in that the reduction of iron oxide is carried out at a temperature between 850 and 1100 ° C.

3. method rlach claim 2, characterized in that the.

the reduction of iron oxide at a temperature between 900 and 110000 is carried out, 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that a reducing gas is used, in which; the endothermic and exothermic reaction of the process to substantially thermal neutrality leads.

5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in, that carbon monoxide is used as the reducing gas.

6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that that a mixture of carbon monoxide and hydrogen is used as the reducing gas will.

7. The method according to claim 6, characterized in that the volume ratio from carbon monoxide to hydrogen is about 3: 1.

8. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that that a mixture of carbon monoxide and an inert gas is used as the reducing gas will.

9. The method according to claim 8, characterized in that the inert gas Is nitrogen.

10. The method according to claim 8 or 9, characterized in that the inert gas is added in sufficient quantity to act as a heat reservoir to maintain the reaction temperature to act within the required temperature limits.

11. The method according to claim 9, characterized in that the volume ratio of carbon monoxide: hydrogen: nitrogen is approximately 1: 2: 2.

12. The method according to claim 9, characterized in that Q: 5r: the volume ratio of carbon monoxide: hydrogen is 4: 3, claims Device for carrying out the continuous reduction of iron oxide, consisting of a vertical shaft, which is able to withstand an external working temperature of at least 1200 ° C as well as abrasion by natural iron ore or agglomerates that fall controlled within the shaft, from a device for Injecting the reducing gases into the duct, means for loading the duct with the material to be reduced, which means is capable of preventing the reducing gases from escaping during loading, means for removing the used reducing gases and a device for discharging the sponge iron produced during the reduction of the iron oxide, characterized in that the vertical shaft (11) widens downwards, the base (13) of the vertical shaft being conical, rotatable and coolable by water, the device for Blowing in the reducing gases from m with water-cooled nozzles (15) which extend around the lower part of the vertical shaft (11), the device for loading the shaft is shielded against heat loss and the device for discharging the iron is a discharge channel (14) in a neutral one or reducing atmosphere.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the conical rotating base has downwardly inclined openings (17) for introducing reducing gas into the reactor.

Device according to claim 2, characterized in that the device to remove the used reducing Gases a one-way valve which allows the removal of gases from the device.

L e r s e i t e