DE2351374A1

DE2351374A1 - Verfahren zum direkten reduzieren von eisenoxyd zu geschmolzenem eisen

Info

Publication number: DE2351374A1
Application number: DE19732351374
Authority: DE
Inventors: Edward S Roberts
Original assignee: Treadwell Corp
Current assignee: Treadwell Corp
Priority date: 1972-10-13
Filing date: 1973-10-12
Publication date: 1974-04-25
Also published as: AU6077073A; FR2202941A1; JPS4973317A; US3822125A; FR2202941B3

Description

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TREADWELL CORPORATION New York, Έ.Υ., V.St.A.

Verfahren zum direkten Reduzieren von Eisenoxyd zu geschmolzenem Bisen

Das gebräuchliche Verfahren zum Erschmelzen von Eisen wird im Hochofen durchgeführt, in dem sich das Eisenoxid zusammen mit Flußmitteln, z.B. Kalkstein, sowie mit der erforderlichen Menge von Kohlenstoff im Gegenstrom zu einem Luftstrom nach unten bewegt. Hierbei ergeben sich verschiedene Probleme. Der Kohlenstoff, der in Form von Koks verwendet wird, muß von stückiger Gestalt sein, da er anderenfalls aus dem Hochofen herausgeblasen würde, was zu Schwierigkeiten führen würde, die auf Staubverluste und durch die Emission von Teilchen hervorgerufen werden. Koks läßt- sich nur aus bestimmten Kohlesorten herstellen, die als Kokskohle bezeichnet werden, und die erheblich teurer sind als nicht verkokbare Kohlesorten sind. Diese Kosten können noch dadurch gesteigert werden, daß der Koks aus großer Entfernung antransportiert werden muß. Die

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Kosten des Verkokens führen zu einer Erhöhung der Gesamtkosten, und beim Verkoken treten Emissionen auf, die in einem zunehmenden Ausmaß bekämpft werden müssen.

Aus den gleichen Gründen, aus denen der Koks in stückiger Form verwendet werden muß, ist es auch erforder-" lieh, das eisenhaltige Eohmaterial in stückiger Form zu verwenden. Handelt es sich um ein feinkörniges Eohmaterial, wird es aus dem Hochofen herausgeblasen. Hieraus ergeben sich verschiedene Schwierigkeiten in der Praxis, insbesondere bei Eisenoxidkonzentraten, die aus weniger wertvollen Erzen, z.B. Taconit, gewonnen werden und in vielen Teilen der Vereinigten Staaten als Eisenquellen eine zunehmende Bedeutung annehmen. Diese Konzentrate, z.B. Konzentrate aus magnetischen Taeoniten, enthalten relativ feine Teilchen, da es erforderlich ist, das Material zu feinen Körnern zu vermählen, um die Gewinnung des gewünschten Eisenoxids zu ermöglichen. Ein solches feinkörniges Material ist zur Verhüttung im Hochofen völlig · ungeeignet, und daher ist es bis jetzt erforderlich, das feinkörnige Eisenoxidmaterial durch Agglomerieren in gesinterte Pellets oder Briketts umzuwandeln. Die Kosten des Pelletierens oder Brikettierens sind zwar durchaus nicht prohibitiv, doch fallen sie ins Gewicht und führen zu einer Verringerung des wirtschaftlichen Wertes geringwertiger Eisenerze.

Es wurden bereits verschiedene Vorschläge gemacht, die das direkte Schmelzen von feinen Eisenoxidteilchen ermöglichen sollten, und bei denen das Eisenoxid in einer reduzierenden Flamme in Suspension gehalten werden soll. Schon im Jahre 1874- wurde ein solches Verfahren in der TJ.S.A.-Patentschrift 156 244- beschrieben.

Bei späteren Weiterentwicklungen, wie sie z.B. in den U.S.A.-Patentschriften 2 750 276 und 2 750 277 beschrieben sind, hat es sich gezeigt, daß es erwünscht ist, bei der Reduktion mit Hilfe einer Flamme ein wasserstoff reiches Gas zu verwenden; diese Maßnahme ergab sich

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nicht aus der älteren U.S.A.-Patentschrift 156 244-. In den zuletzt genannten U. S.A.-Patent schrift en ist "beschrieben, auf welche Weise ein solches Gas durch thermisches Kracken flüssiger oder gasförmiger kohlenstoffhaltiger Brennstoffe gewonnen werden kann.

■ Ferner/-wurde festgestellt, daß es zur Auf recht erhaltung der zum Reduzieren von Eisenoxiden erforderlichen hohen Temperaturen zweckmäßig ist, Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft zu verwenden. Beispiele hierfür finden sich in den TJ.S.A*-Patentschriften 1 490 012, 1 515 916,/2 702 240 und 2 977 216. Gemäß den "beiden" zuletzt genannten U. S. A. -Patent schrift en wird in der Flamme Dampf verwendet.

Werden kohlenstoffhaltige. Brennstoffe als ■'Wärmequelle und zur Reduktion verwendet, besteht bei dem Kohlenmonoxid, das in den Abgasen des Ofens enthalten ist, die Gefahr-einer Disproportionierung, wenn sich das Gas abkühlt, so daß Kohlendioxid und Kohlenstoff:entstehen.. Hierdurch wird die Möglichkeit der Ausnutzung der fühlbaren Wärme der Ofenabgase in Kesseln.oder Rekuperatoren in einem erheblichen Ausmaß eingeschränkt, da sich Kohle auf den Wärmeaustauschflächen ablagert. Außerdem entspricht das Anfallen von Kohlenstoff einem erheblichen Verlust an Brennstoffenergie ohne Rücksicht darauf, ob sich der Kohlenstoff infolge einer Disproportionierung des Kohlen-, monoxids in den Abgasen ablagert, oder ob er beim thermischen Kracken des Brennstoffs entsteht, das in den U.S.A.-Patentschriften 2 750 276 und 2 750 277 beschrieben ist, Wegen der genannten Schwierigkeiten hat sich das direkte Schmelzen von Eisenerz in einer Flamme nicht in einem großen Umfang eingeführt, und in' den meisten Fällen wird zum Reduzieren von Eisenoxid immer noch mit dem alten Hochofenverfahren gearbeitet.

Durch die Erfindung ist nunmehr ein Verfahren geschaffen worden, das es ermöglicht, Eisenoxiderze oder Eisenoxidkonzentrate in einer direkten Flamme unter

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solchen Bedingungen zu reduzieren, daß die im vorangehenden Absatz beschriebenen Nachteile vermieden werden. Der Einfachheit halber wird im folgenden das Eisenoxid als IFepO^z "bezeichnet, doch ist zu bemerken, daß bei aufgewerteten Eisenkonzentraten aus magnetischem Taconit das Eisenoxid weitgehend oder vollständig in der Form von Magnetit vorliegt. Gemäß der Erfindung macht es jedoch. keinen Unterschied, ob es sich bei dem Eisenoxid um Magnetit, Hämatit oder ein anderes Eisenoxid handelt. Natürlich variieren die idealen anteiligen Mengen der Eeak— ' tionsteilnehmer in einem gewissen Ausmaß in Abhängigkeit vom chemischen Aufbau des Eisenoxids, das bei dem Verfahren als Rohmaterial verwendet wird. Die anteiligen Mengen werden so festgelegt, daß der Gleichgewichtspartialdruck des Sauerstoffs im Ofen unter dem Wert liegt, bei dem sich eine gesonderte Phase von flüssigem IPeO bildet, d.h. unter etwa 5 x 10 "^ bar. Wenn der Gleichgewichtspartialdruck des Sauerstoffs einen solchen Wert annimmt, daß sich eine gesonderte Phase von flüssigem FeO bildet, ergeben sich Schwierigkeiten, die darauf zurückzuführen sind, daß das als gesonderte Phase vorhandene flüssige FeO dazu neigt, feuerfeste Stoffe, z.B. die aus feuerfesten Ziegeln bestehende Auskleidung von Öfen oder dergleichen, anzugreifen. Ist keine gesonderte Phase in der Form von flüssigem FeO·vorhanden, verringert sich die Korrosion in einem solchen Ausmaß, daß sie im Betrieb nur zu.unwesentlichen Schwierigkeiten führt. - ~

Bei dem Verfahren nach der Erfindung kommt es im wesentlichen auf eine Kombination mehrerer Faktoren- an» die sämtlich zur Wirkung kommen müssen, wenn das Verfahren in der gewünschten Weise ablaufen soll. Einer dieser ausschlaggebenden Faktoren besteht darin, daß ebenso wie bei den Verfahren nach den U.S.A.-Patentschriften 2 750 276 und 2 7^0 277 eine große Menge gasförmigen Wasserstoffs und in der Praxis sogar ein sehr erheblicher Überschuß an Wasserstoffgas vorhanden sein muß, damit die Abgase den überschüssigen Wasserstoff enthalten. Man kann

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diesen Wasserstoffgehalt dadurch erhöhen, daß man denjenigen Wasserstoff erneut umwälzt, welcher entweder in den Abgasen des Ofens vorhanden ist, oder der in einem sogar noch größeren Ausmaß aus dem Kohlenmonoxid der Abgase mit Hilfe des Wassergasverfahrens gewonnen werden kann. Ein zweiter wesentlicher Faktor besteht gemäß der Erfindung darin, daß der eigentliche Schmelzvorgang mittels einer Flamme durchgeführt wird, bei der technischer Sauerstoff oder mindestens in einem hohen Maße mit Sauerstoff angereicherte Luft als Sauerstoffquelle verwendet wird, um die für das Schmelzen in der Flamme benötigte Wärme zu erzeugen. Das gesamte in den Kreislauf eingeführte IU muß natürlich aus dem Kreislauf abgezogen werden.

Dem verwendeten Brennstoff kommt keine ausschlaggebende Bedeutung zu. Es kann sich um fein zerteiltes kohlenstoffhaltiges Material handeln, und zwar vorzugsweise um ein kohlenwasserstoffhaltiges Material wie Kohle. Zwar wird für metallurgische Zwecke geeigneter Koks nicht benötigt, doch kann man ihn natürlich in feinkörniger Form verwenden, wenn billiger Koksstaub zur Verfügung steht, dessen Verwendung somit nicht ausgeschlossen ist, Als Brennstoffe lassen sich fein vermahlene feste Brennstoffe verwenden, ferner flüssige Brennstoffe wie Öl sowie Gase, z.B. gekrackte Brennstoffgase und dergleichen. Die Flußmittel, die zusammen mit dem Eisenoxid, dem Brennstoff und dem Sauerstoff in den Ofenschacht eingeführt werden, können von beliebiger Zusammensetzung und dem Ganggestein angepaßt sein} somit ist es möglich, Kieselsäure, Kalk usw. zu verwenden. Wie bei allen sonstigen Eisenreduktionsverfahren muß eine ausreichende Menge des Flußmittels vorhanden sein, damit die gewünschte. Schlacke entsteht, doch unterscheidet sich die Erfindung vom bisherigen Stand der Technik nicht durch die Verwendung bestimmter Schlackenbildungsstoffe; allerdings besteht ein Vorteil der Erfindung darin, daß die Verwendung 3edes beliebigen Flußmittels möglich ist. , - ■ ■

Ein sehr wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Eisenerz oder Eisenoxid.nicht in-Form

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relativ großer Stücke vorhanden zu sein braucht; tatsächlich soll das Rohmaterial hinreichend fein zerkleinert sein, damit sich das gemäß der Erfindung mögliche sehr schnelle Schmelzen in einer Flamme vorteilhaft ausnutzen läßt. Dies bedeutet, daß feinkörnige Eisenoxidkonzentrate, die aus geringwertigen Eisenerzen wie Taconit gewonnen werden, eingesetzt werden können, ohne daß ein zusätzliche Kosten verursachendes Sintern oder Pelletieren erforderlich ist.

Ein weiteres sehr wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen Kombinationsverfahrens besteht darin, daß die Abgase des Ofens mit Dampf abgeschreckt werden, und daß Dampf in einer Menge vorhanden ist, die ausreicht, um eine Disproportionierung des Kohlenmonoxids beim Abkühlen der Gase zu verhindern und zusätzlichen Wasserstoff und zusätzliches Kohlendioxid mit Hilfe des Wassergasverfahrens zu erzeugen. Hierbei findet eine sehr weitgehende Umwandlung des Kohlenmonoxids in Kohlendioxid und Wasserstoff statt, und diese Umsetzung kann gegebenenfalls in besonderen katalytischen Umsetzungseinrichtungen zuendegeführt werden. Da es sich hierbei um Apparate bekannter Art handelt, z.B. solche, wie sie beim Erzeugen von Wasserstoff für die Ammoniaksynthese benutzt werden und als solche bekannt sind, dürfte sich eine nähere Beschreibung erübrigen. Dieser Teil des Verfahrens nach der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Pließbilder beschrieben. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie sich mit Hilfe von Einrichtungen bekannter Art durchführen läßt.

Wird mit der Variante des Verfahrens gearbeitet, bei welcher der erneut umgewälzte Wasserstoff aufgeheizt wird, ist es erforderlich, mit ziemlich hohen Temperaturen arbeitende Wärmetauschern zu arbeiten, die von unterschiedlicher Konstruktion sein können. Beispielsweise kann man Wärmetauscher der Ofenbauart mit nach einem Schachbrettmuster angeordneten Ziegeln oder dergleichen benutzen·

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Die Erfindung unterscheidet sich vom bisherigen Stand der Technik nicht durch eine besondere Konstruktion des Wärmetauschers, und daher wird im folgenden in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung nur von einem lediglich schematisch angedeuteten Wärmetauscher -gesprochen.

Werden Brennstoffe mit hohem Schwefelgehalt verwendet, wird zwar nur ein sehr kleiner Teil des Schwefels mit der Schlacke abgeführt, doch kann eine erhebliche Menge in Form von HoS zusammen mit den Abgasen abgeführt werden· Der dann noch verbleibende Schwefel wird im wesentlichen in der gewonnenen Eisenschmelze gelöst. Man kann das so gewonnene Erzeugnis .nach dem Entfernen der Abgase zum Zweck des Entfernens von Schwefel behandeln, indem man feinkörnigen Kohlenstoff und Kalk durch die Eisenschmelze bläst, was z.B., in einem Elektroofen geschieht. Unter den dort herrschenden reduzierenden Bedingungen verbindet sich der größte Teil des Schwefels mit Kalk und wird daher in die Schlacke überführt. Die soeben beschriebene Maßnahme, bei der es sich um eine zusätzliche Maßnahme bei einer bestimmten Variante der Erfindung handelt, bewirkt nicht nur, daß Schwefel in einem solchen Ausmaß entfernt wird, daß sich der Schwefelgehalt des erzeugten Eisens in den zulässigen Grenzen hält, sondern durch Beifügen von zusätzlichem Kohlenstoff und/oder Kohlenstoff und Kieselsäure ist es möglich, der Eisenschmelze den gewünschten Gehalt an Kohlenstoff und/oder Silizium zu verleihen. Während des Betriebs entstehen natürlich Abgase, die Kohlenmonoxid enthalten, das erneut den bei dem Hauptschmelzvorgang entstehenden Abgasen zugeführt werden kann, um dann bei der Erzeugung von Wasserstoff verwendet und dem Hauptschmelzvorgang wieder zugeführt zu werden*

Die Abgase des Ofens enthalten eine gewisse Menge an feinen Tröpfchen, die aus Eisen bzw» Schlacke bestehen. Es ist erforderlich, die Temperatur dieser Abgase bis unter den Erstarrungspunkt dieser Stoffe durch Abschrecken mit Dampf herabzusetzen, um zu verhindern_t daß

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sich die Stoffe als feste Ablagerungen auf den kühleren Flächen bei der weiteren Behandlung in der Wärmerückgewinnungseinrichtung festsetzen. Das Entfernen kleiner Mengen an teilchenförmigen Feststoffen, die beim Abschrecken entstehen, aus den Abgasen macht keine Schwierigkeiten, denn dies läßt sich mit Hilfe von Zyklonabscheidern, Sandfiltern und dergleichen bewirken. Zwar ist es erwünscht, die genannten teilchenförmigen Stoffe nach dem Abschrecken der Abgase mit Dampf zu entfernen, doch beschränkt sich die Erfindung nicht auf diese Maßnahme umfassende Verfahren.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der E_rfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein halbschematisches Fließbild einer Ausführungsform einer Apparatur zum Durchführen eines "Verfahrens nach der Erfindung, bei der mit der Rückgewinnung von Wärme aus dem.erneut umgewälzten Wasserstoff gearbeitet wird; und

Fig. 2 ein Fig. 1 ähnelndes Fließbild zur Veranschaulichung eines Verfahrens, bei dem auf das erneute Erhitzen des erneut umgewälzten Wasserstoffs verzichtet wird.

In den Zeichnungen ist ein Schachtofen 1 zu erkennen, der in der gleichen Form bei den Verfahren nach Fig. 1 bzw. Fig. 2 benutzt wird. Dem Schachtofen 1 werden Sauerstoff und eine feste Charge aus Eisenoxid, Kieselsäure, Kalk und einem kohlenstoffhaltigen Brennstoff zugeführt; in Fig. 1 ist als Brennstoff Kohlenstoff genannt, doch wird es sich in der Praxis gewöhnlich um Kohle handeln, die auch Wasserstoff enthält, denn Kohle ist billiger als Koks. Ferner wird in dem Schachtofen Wasserstoff umgewälzt, der mit Hilfe von Rekuperatoren 2 und 3 erneut auf eine Temperatur von 1400° K erhitzt worden ist. In Fig. 1 sind bestimmte Mengen der verschiedenen verwendeten Stoffe angegeben; das Eisenoxid ist mit Fe₂0, bezeichnet,

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doch kann es sich, wie eingangs erwähnt, auch um ein anderes Eisenoxid handeln, z.B. um Magnetit, wenn als' Quelle magnetischer Caconit verwendet wird. Das Eisenoxid ist in Form ziemlich kleiner Teilchen vorhanden, und die Kieselsäure, der Kalk und bei der Verwendung eines festen Brennstoffs auch die Kohle bzw. der Koks werden hinreichend zerkleinert, so daß eine gute Flamme entsteht. Die relativen Mengen der verschiedenen Stoffe sind zwar nicht von ausschlaggebender Bedeutung, doch sind in den Zeichnungen diejenigen Mengen angegeben, welche vorhanden sein müssen, damit sich die gewünschten Reaktionen abspielen.,

Das geschmolzene Eisen und die Schlacke fließen in einen waagerechten Abschnitt 4 des Ofens; hierbei befinden sich das Eisen und die geschmolzene Schlacke auf einer Temperatur von etwa 18*10° K. Da die Schlacke erheblich leichter ist als das geschmolzene Eisen, kann sie gemäß Figo 1 an einem höheren Punkt aus dem waagerechten Ofenabschnitt 4 abgezogen werden°

Die Abgase des Ofens strömen nach oben durch einen Schacht oder Kanal 5» in dem sie bei etwa 1400° K auf Heißdampf treffen. Dieser Dampf, der in einem Abwärmekessel 6 erzeugt werden kann, wird in zwei weiteren Rekuperatoren 7 und 8 aufgeheizte Zwar sind die Rekuperatoren nur schematisch dargestellt, doch sei bemerkt, daß es sich um mit zirkulierenden Feststoffen arbeitende Rekuperatoren handelt, z.Bo solche der weiter oben beschriebenen Art, oder um erhitzte Kiesel enthaltende Vorrichtungen oder dergleichen« Die abgekühlten Feststoffe, die den unteren Teilen 3 und 8 der Rekuperatoren entnommen werden, ?/erden-gemäß Fig. 1 nach oben zu den oberen Enden der oberen Teile 2 und 7 gefördert. Dieser Vorgang ist in Fig_o 1 mit gestrichelten Linien angedeutet; die Elevatoren zum Fördern der Feststoffe sind natürlich von bekannter Konstruktion. Der mit Hilfe des Abwärmekessels 6 erzeugte Dampf hat eine Temperatur von etwa

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400° K, und dem Abwärmekessel werden nach dem Abschrecken Abgase mit einer Temperatur von etwa 900° K aus den oberen !'eilen 2 und 7 der Rekuperatoren zugeführt, in denen diese Gase ihre -Wärme abgegeben haben. Die abgeschreckten Abgase, deren Temperatur jetzt etwa 1600° K beträgt, werden einer Vorrichtung 9 zum Entfernen von Teilchen zugeführt, die in Fig. 1 schematisch als Zyklonabscheider dargestellt ist. Nach dem Entfernen der festen Teilchen treten die heißen Gase in die zum Aufheizen dienenden oberen Teile 2 und 7 der Rekuperatoren ein.

Bei den abgekühlten Gasen, die den Abwärmekessel 6 verlassen, wird der größte Teil des vorhandenen Kohlenmonoxids in Kohlendioxid verwandelt, da sich in Gegenwart des Dampfes die Reaktion zum Erzeugen von Wassergas zwischen 1600° K und 900° K schnell abspielt. Das gesamte restliche Kohlenmonoxid, das noch vorhanden sein kann, wird dann in einem katalytisch^η Umwandler 10 bekannter Art in Kohlendioxid und Wasserstoff verwandelt. Das Kohlendioxid wird auf bekannte Weise beseitigt, z.B. durch Auswaschen mit einem Carbonat, z.B. Kaliumcarbonat, in einer in Fig. 1 angedeuteten Einrichtung 11. Hierauf läßt man die Temperatur zurückgehen, so daß das vorhandene Wasser in einer weiteren Einrichtung 12 kondensiert. In Fig. 1 ist das Ausströmen von Wasser und Kohlendioxid durch Pfeile angedeutet; das Wasser wird als Kesselspeisewasser erneut dem Abwärmekessel 6 zugeführt, während das Kohlendioxid an die Atmosphäre abgegeben oder auf beliebige bekannte V/eise verwendet werden kann.

Fig. 2 veranschaulicht eine abgeänderte Verfahrensweise nach der Erfindung, bei der Rekuperatoren zum Aufheizen des Dampfes und des umgewälzten Wasserstoffs fortgelassen sind. Die übrigen Teile der Apparatur sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet wie in Fig. 1, da sie jeweils die gleiche Aufgabe erfüllen. Es sei bemerkt, daß in Fig. 2 etwas andere Mengen der verwendeten Stoffe angegeben sind. Bei der Anordnung nach Fig. 1 werden 12,8028 Mol Wasserstoff bei einer hohen Temperatur von

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1400° K in den Schacht zusammen mit 2,8644 Mol Sauerstoff und 4,3645 Mol Kohlenstoff im Brennstoff zugeführt. Findet gemäß Fig. 2 keine Rückgewinnung von Wärme statt, vergrößert sich die Menge an Wasserstoff und Dampf sowie Sauerstoff und Kohlenstoff, da die Erhitzung, die gemäß Fig. 1 durch die Rückgewinnung von Wärme "bewirkt wird, durch die Zuführung zusätzlicher Mengen von Eeaktionsteilnehmern "bereitgestellt werden muß. Natürlich ändert sich hierbei auch die Zusammensetzung der Abgase.' Der Einfachheit halber beruhen die Angaben in beiden Figuren auf der Verwendung gleicher Mengen an Eisenoxid, Kieselsäure und Kalk.

Der zum Abschrecken dienende Dampf wird in die Abgase bei einer niedrigeren Temperatur von 400° K eingeleitet, und die Abgase werden gemäß Fig. 2 auf I3OÖ⁰ K abgeschreckt bzw. abgekühlt-, statt gemäß Fig. 1 auf 1600° K abgekühlt zu werden. Die auf einer Temperatur von I3OO⁰ K befindlichen Gase werden direkt in den Abwärmekessel 6 eingeleitet, so daß sie eine erheblich größere Dampfmenge mit einer höheren Temperatur und unter einem höheren Druck erzeugen. Der Dampf wird durch einen Energieerzeuger 13 geleitet, bei dem es sich um eine Dampfturbine handeln kann, und der zum Abschrecken dienende Dampf wird dem Niederdrückteil der Turbine mit einer Temperatur von 400° K entnommen. Die Turbine erzeugt Energie, was in Fig. 2 durch das Bezugszeichen kW angedeutet ist.

Es ist ersichtlich, daß zwar bei der abgeänderten Apparatur nach Fig. 2 eine erheblich größere Brennstoffmenge verbraucht wird, daß dies jedoch nicht notwendigerweise einem "Verlust entspricht, da in diesem Fall der Abwärmekessel Dampf erzeugt, dem Energie entzogen werden kann, statt lediglich den zum Abschrecken bzw. Abkühlen benötigten Dampf zu liefern. Zwar wird der Brennstoff auf wirtschaftliche Weise verwendet, doch die zusätzliche Sauerstoffmenge, die wegen der niedrigeren Temperatur der größeren Menge des erneut umgewälzten Wasserstoffs

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benötigt wird, entspricht im ^ergleicn zu der Appfiisaäaaa? nach. Fig. 1 einer gewissen Verringerung der Wirtschaftlichkeit, denn "bei der Erzeugung von Energie kann sder Brennstoff mit Luft anstelle von Sauerstoff verbrsjsttiä; werden. .Andererseits werden jedoch die Eosten der Rekuperatoren und ihres Betriebs eingespart. Bei jeder der Apparaturen nach Fig. 1 und 2 handelt es sich um <m3Bß einem sehr hohen Wirkungsgrad arbeitende Anlage· In in denen billiger Sauerstoff zur Verfügung steht, als Nebenprodukt der Erzeugung von Ammoniak odea? !Kalkstickstoff, kann die Einsparung der Eosten der toren und ihr^s Betriebs die Benutzung der Apparatur nach Fig. 2 als wirtschaftlich erscheinen lassen. Liegen jedoch die Eosten £wc Sasa-erstoff und/oder Brennstoff höher, kann die Apparatur nach ϊ%» % bei <ier Rekuperatoren vorhanden sind, wegen ihrer 3aakssm.

Gesamtwirtschaftlichkeit den zweckmäßigerem darstellen· Es sei bemerkt, daß die größere menge, die dem Schachtofen 1 zugeführt und mit den Abgasen entnommen wird, keinen Verlust Bei diesem Wasserstoff handelt es sich um «ine rende Last, und die fühlbare Wärme des Waßserstoffβ in dem Abwärmekessel zurückgewonnen, wobei ein Teil Wärme in nmtzböre Eneiigie irei^randölt wird*

Werden die in #en Zeichmaaag«n

Mengen an Wasserstoff, Brennstoff und SaueafeBtoff det, «rgibt sich ein Partialdrucfc ^Les SaaMsaftstoffs, genügend niedrig ist, so daß keine gesonafeicte Phase geschmolzenem JeO «mtsteht. Daher sind die Jteuerfesie-ii Auskleidungen nicht der starken korrodierei^en Wirkung ausgesetzt»

in beiden Figuren sind die angegebenen Mengem Stoffen und Bestandteilen auf ein Eisenera !bezogen, das Fe^O-z enthält. Diese anteiligen Mengen iaasEte^n sich etwas, wenn es sich bei dem Eisenerz um Magnetic jiandelt, doc3i wurde den beiden Figuren der Einfachheit Jaalber die ^ Verwendung von FepO^ zugrunde gelegt.

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Wie erwähnt, ist es nicht erf.orde_;rlich, als Brennstoff Koks oder auch mir eine Kohle mit niedrigem Schwefelgehalt zu verwenden. Aller etwa zugeführter Schwefel wird normalerweise zusammen mit der Schlacke in Form von Galciumsulfid beseitigt, das mit Hilfe eines zweiten Arbeitsschritts dadurch erzeugt wird, daß in einem Elektroofen feinkörniger Kohlenstoff und Kalk durch die Eisenschmeize geblasen werden. Der Kohlenstoff und der Kalk reagieren mit dem größten Seil des vorhandenen Schwefels, so daß Calciumsulfid·und -Kohlenmonoxid entstehen.- Gleichzeitig kann, man der Eisenschmelze Kohlenstoff und SxOq zuführen, das durch den Kohlenstoff reduziert wirdj, unr der.Eisenschmelze .Silizium beizufügen, während der Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid oxidiert wird»· ■■ - ■

■ "·-..." Patentansprüche; 4098 17/0866

Claims

PiTEJiTAISPfitCHE

1. Verfahren zum direkten Reduzieren von Eisenoxid zu geschmolzenem Eisen, dadurch gekennzeichnet, daß einer Reaktionszone teilehenförmiges Eisenoxid, eine ausreichende Menge an kohlenstoffhaltigem Brennstoff sowie Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft sowie ein Überschuß an Wasserstoff zusammen mit Schlacke bildenden'Bestandteilen zugeführt werden, um eine Flamme zu erzeugen, und das Eisenoxid zu gesehmol*- zenem Eisen zu „reduzieren, daß das geschmolzene Eisen und., die geschmolzeile Schlacke von den Abgasen getrennt werden, die Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Dampf und Wasserstoff enthalten, daß die Abgase mit Hilfe von Dampf schnell auf eine temperatur abgekühlt werden, bei der sich die von den Abgasen mitgeführten Feststoffe abscheiden lassen* daß die Feststoffe abgeschieden werden, daß der Dampf eine Disproportionierung von Kohlenmonoxid und Kohlendioxid verhindert, daß das in den Abgasen enthaltene Kohlenmonoxid naeh dem schnellen Abkühlen und Reinigen durch den Ablauf einer Reaktion zum Erzeugen von Wassergas in GOo und Hp verwandelt werden, daß Kohlendioxid und Wasser beseitigt werden, und daß Wasserstoff erneut umgewälzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperatur in der Reaktionszone mindestens etwa 1700°·K beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß als kohlenstoffhaltiger Brennstoff fein zerteilte Kohle verwendet wird.

4-. ■ Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadureh gekennze ichnet , daß der erneut umgewälzte Wasserstoff durch einen Wärmeaustausch mit· den schnell

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~^Λ5~ 2 3St

abgekühlten Abgasen vorgewärmt wird, so daß ein Teil der fühlbaren Wärme der Abgase durch, das Aufheizen des erneut umgewälzten Wasserstoffs zurückgewonnen wird,

5. . Verfahren- nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch g« Tc e η η ζ e i c h η e t , daß der zum schnellen Abkühlen dienende Dampf durch einen Wärmeaustausch mit den Abgasen überhitzt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen Λ bis j>, dadurch

g e k. e η u ζ e i c h η e t , daß der kohlenstoffhaltige Brennstoff einen hohen Schwefelgehalt hat, daß sich der Schwefel in dem geschmolzenen Eisen löst, daß das geschmolzene Eisen nach dem Trennen desselben iron der ersten Schl&cke im geschmolzenen Zustand gehalten wird, daß fein verteilter kohlenstoffhaltiger Brennstoff, ein Oxid eines alkalischen Erdmetalle usd Kieselsäure zusssmmem mit einem heißen Wasserstoffstrom durch das geschmolzene Eisen ge^ bl-asen werden,. d«.B die Menge «des kohlenstof fhaltigeii Br-ennstoffs ausreicht, um dem iSis©& «inen Kdhlenstjoffge-3ialt au irerleihen, der annähernd demgenigen woti. Roheisen fetitisprichtji -daS das Oxid des alkalischen Erdmetalle und die Kieselsäure in einer Menge verwendet werden, die ausreicht, tun zusammen mit dem in dem geschmolzeneji Eisen gel$stern Schwefel 02m. Sulfid des alkalischen Erdmetalle ^Λ au bilden, und daß die hierbei erzeugte, das Sulfid des ialkalischen Erdmetalle enthaltende Schlacke „von dem geschmolzenen Eisen ^getrennt wird. -. ;_;

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