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Verfahren zur Reduktion von Eisenerz- bzw. Eisenoxydpartikeln in einem
Drehrohrofen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reduktion von Eisenerz-
bzw. Eisenoxydpartikeln in einem Drehrohrofen, wobei kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel,
wie fluide Kohlenwasserstoffe, durch die Ofenwandung sowie Luft eingeblasen werden
und die Reduktionsmittel wenigstens teilweise bei ihrer Beruhrung mit dem Reduktionsgut
unter Kohlenstoffbildung verkracken.
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Ein Verfahren dieser Art ist zum Beispiel nach der deutschen Patentschrift
1 226 126 bekannt. Danach wird mit den Kohlenwasserstoffen zunächst ein Anteil von
etwa 5 bis 25 t der zur die vollständige Verbrennung erforderlichen Luftmenge eingebracht,
während die weitere Luftmenge über die gesamte Ofenlange Silber dem Beschickungabett
eingeftihrt wird. Auf diese Weise soll die Menge des im Überschuß zu erzeugenden
Krackkohlenstoffes gesteuert werden, ul eine fibermäßige Verbrennung
des
Krackkohlenstoffes im Gasraum des Ofens zu verhindern und gleichzeitig einen günstigen
Temperaturverlauf längs des Ofens einzustellen. Man geht dabei davon aus, den Uberschüssigen
Krackkohlenstoff aus dem Ofen mit dem reduzier ten Gut auszutragen und ihn mit der
Erzbeschickung des Ofens wieder zurtlckzuf(1hren. Ein derartiges Verfahren ist jedoch
an eine entsprechend aufwendige Vorrichtung gebunden und darüberhinaus in seiner
Betriebsweise entsprechend aufwendig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das genannte Verfahren dahingehend
zu verbessern, daß einerseits die beabsichtigte Reduktion mit Sicherheit erreicht
wird, während andererseits der Aufwand für die Rückführung des Krackkohlenstoffes
vermieden werden soll.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der gesamte Reduktionsvorgang
im wesentlichen in einer Vorreduktionsstufe und in einer Endreduktionsstufe durchgeführt
wird, wobei das Ende der Vorreduktionsstufe im Bereich der RedulFtionsxnitteleinblagung
liegt und die Vorreduktion im wesentlichen mit sich beim cracken bildenden, in Richtung
der Aufgabe des Reduktionsgutes ziehenden Gasen erfolgt, während die Luftzufuhr
mit der Maßgabe gesteuert wird, daß sich eine für die Endreduktionsstufe hinreichend
große Menge an Reduktionsmittel in Form von Krackkohlenstoff bildet. Auf diese Weise
wird also erheblich weniger Krackkohlenstoff als bei den bekannten Verfahren erzeugt.
Man kann dadurch die Menge an Reduktionsmittel sehr gering halten und braucht zum
Beispiel bei Einsatz üblicher Kohlenwasserstoffe, wie zum Beispiel Heizöl oder Naturgas
von üblicher Zusammensetzung, weniger als 5 . 106 KQa1/t redosiertes Eisen. Darüberhinaus
ist es bei diesem Verfahren möglich, sowohl den an sich endothermen Krackvorgang
als auch die an sich endotherme Erzreduktion mit festem Kohlenstoff
so
zu betreiben, daß man weder in der Vorreduktionsstufe noch in der Endreduktionsstufe
eine Wärmezufuhr von außen benötigt. Dabei können noch zusätzlich übliche, Schwefel
bindende Mineralien, wie Kalk oder Dolomit, mit singesetzt werden. Die erzeugten
Eisengranalien sind dabei von hoher Qualittt und insbesondere fUr den Einsatz in
Elektroofen anstelle von Schrott hervorragend geeignet.
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Das sich in der Vorreduktionsatufe bildende Gas wird teilweise durch
Aufnahme von Sauerstoff aus der gleichfalls zugesetzten Luft und teilweise durch
Aufnahme von Sauerstoff aus dem zu reduzierenden Erz unter Flammbildung verbrannt.
Im heißen Zustand gibt es einen erheblichen Teil seiner Hitze an das frisch eingesetzte
Reduktionsgut ab und bringt dieses auf die Reduktionstemperatur, so daß es in der
ersten Stufe zu einer Reaktionstemperatur von 900 bis 11000C kommt. Das schließlich
an der Aufgabestite des Ofens abgezogenen Abgas ist weitgehend ausgebrannt und kann,
falls nicht noch eine weitere Abwärmeausnutzung sinnvoll ist, dem Kamin zugeführt
werden. Im Gegensatz hierzu handelt es sich bei dem in der Endr ktionsstufe entstehenden
Abgas aber noch um ein sehr heizwertreiches Gas, welches das durch die direkte Reduktion
entstehende Kohlenmonoxyd enthAlt Dieses heizwertreiche Gas wird vom Beginn der
Endreduktionsatufe an in gleicher Richtung wie das Reduktionsgut in Richtung auf
den Austrag geführt. Der W&rmehaushalt dieses Prozesses, der bei etwa 800 bis
tOOO0C abluft, wird durch den in der Vorreduktionsstufe vom Reduktionsgut aufgenommenen
Wärmeinhalt gedeckt. Infolge seines relativ hohen Gehaltes an Kohlenmonoxyd kann
man das in der Endreduktionsstufe entstehende Abgas im gleichen Prozess noch sehr
vorteilhaft weiter verwenden. So bedarf zum Beispiel der heiße Austrag vor seiner
Weiterförderung einer den Ausschluß von Sauerstoff gewhrleistenden Abkühlung. Man
kann daher das genannte Abgas während dieser Abkühlung mit Vorteil als Schutzgas
verwenden.
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Darüber hinaus ist as auch möglich, das genannte Abgas der Endreuktionsstufe
erneut in den Bereich der Vorreduktionestufe einzuführ.n und es somit noch zur Deckung
des Wärmebedarfs des Gesamtprozesses heranzuziehen. Dies ist für die optimale Ausnutzung
der kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel von großem Vorteil.
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Selbstverständlich läßt sich der Gesamtprozess, falls der für den
Betrieb angestrebte Gleichgewichtszustand vorübergehend einmal nicht erreicht sein
sollte, dadurch korrigieren, daß in der Endreduktionsstufe ergänzend noch Fremdkohlenstoff
noch in Form von Feinkohle, Anthrazit und ähnlichem von außen zugeführt wird, um
den sich in der Vorreduktionastufe bildenden Kohlenstoff in erforderlichem Ausmaß
zu ergänzen.
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Die Ausbildung der Vorreduktionsstufe und diejenige der Endreduktionestufe
gelingen nicht nur bei Anwendung zweier in an sich bekannter Weise miteinander gekoppelt
er Drehrohr-Öfen, sondern vor allem auch bei der Anwendung nur eines einzigen Drehrohrofen,
ohne daß man dabei innerhalb des Ofens besondere Mittel zur Stufentrennung benötigt.
Da der Drehrohrofen ohnehin von Hauee aus mit einer leicht geneigten Längsachse
ausgeführt sein muß, lassen sich die Einblasung der Kohlenwasserstoffe und-der Luft
so vornehmen, daß sich dabei bildende Gase zwangsweise zur Aufgabeseite des Ofens
strömen, wobei man es weiterhin durch geeignete Drosselung an der Aufgabeseite des
Ofens erreichen kann, daß die sich in der Endreduktionszone bildenden Gase zur Austragsseite
hin strömen müssen. Besonders zuverlässig erreicht man des, wenn man im Anschluß
an den Austrag des Ofens in geeigneter Weise, zum Beispiel mittels eines Gebläses,
einen Unterdruck erzeugt und diesen Unterdruck mit der Maßgabe steuert, daß lediglich
das Abgas der Endreduktionsstufe abgesaugt wird.
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Das Reduktionsgut besteht zweckmäßig aus Eisenträgern mit über 60
bzw. über 62% Eisen. Geeignet sind beispielsweise Pellets aus Sydvaranger- oder
Feinerze im Bereich von 3 bis 8 mm aus Gellivara-Erz. Als Reduktionsmittel finden
wie schon erwähnt, am einfachsten Heizöl oder Naturgas üblicher Analyse Verwendung.
In der Vorreduktionizone kommt es zu einem Abbau des Ertsauerstoffs zu-etwa 80 bis
908. Dieser hohe Erzsauerstoffabbau einerseits sowie der vom Reduktionsgut in dieser
Stufe aufgenommene Wärmeinhalt andererseits ermöglichen es, daß die an sich endotherme
direkte Reduktion durch den Krackkohlenstoff in der Endr@@ktionszone bis auf über
959 Abbau des Erzsauerstoffs erfolgen kann. Theoretisch ist selbstverständlich ein
100%iger Abbau des Erzsauerstoff 5 möglich. Das ausgetragene Reduktionsgut weist
zwar noch einen geringfügigen Überschuß an Kohlenstoff auf, doch wird hierdurch
der erzielte Vorteil bezüglich der Ausnutzung des Reduktionsmittels nur unwesentlich
verringert. Die reduzierten Eisengranalien stehen also praktisch aus vollständig
reduziertem Eisen und enthalten noch etwa 3 bis 7% Gangart, Schlackenbildner und
Reste von Krackkohlenstoff.
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Eine schematische Veranschaulichung des neuen Verfahrens ergibt sich
aus der Zeichnung. Man erkennt den Drehrohrofen, in dem die Vorreduktionszone 1
und die Endreduktionszone 2 ausgebildet sind. Im Endbereich der Vorreduktionszone
1 werden durch den Mantel 3 des Reduktionsofens Konlnwasserstoffe 4 und Luft 5 eingeblasen,
Diese Gas durchströien die Erz schicht 6 und reiches diese mit Krackkohlenstoff
an. Im Anschluß daran strömen sie in Richtung der Pfeile 7 bei gleichzeitiger Verbrennung
in Richtung' auf die Aufgabeseit-8 und heizen dabei das von dort aüfgegebene Retuktionsgut
entsprechend auf. Die weitgehend ausgebrannten und durch ihre Wärmeabgabe entsprechend
abgekühlten Gase verlassen dann die Anlage in Richtung des Pfeiles 9.
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In der Endreduktionszone 2 bildet sich durch direkte Reduktion. des
Reduktionsgutes mit dem Krackkohlenstoff ein Kohlenmonoxydreiehes Gas, welches in
Richtung der Pfeile 10 zur Austragsseite 11 strömt. Hier kann es, wie beschrieben,
als Schutzgas für die Abkühlung der reduzierten Eisengranalien dienen und gegebenenfalls
auch in Richtung des Pfeiles 11 zusammen mit den Kohlenwasserstoffen und der Luft
durch den Mantel 3 im Bereich der Vorreduktionszene eingeblasen werden.