DE2403780A1 - Verfahren zum verhuetten oxydischer erze - Google Patents
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Description
Dipl.-lng. H. Sauenland · Cn.-lng. Π. König · Dipl.-lng. K. Bergen
Patentanwälte · 4Odo Düsseldorf 30 ■ Cecilienallee 76 · Telefon 432732
25. Januar 1974 2403780
29 175 K
Stiftelsen for metallurgisk forskning, Arontorpsvägen 1,
S-951 00 LuIeR. Schweden
"Verfahren zum Verhütten oxydischer Erze"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verhütten oxydischer Erze, insbesondere von Eisenerz.
Die bekannten Verhüttungsverfahren basieren darauf, oxydisches
Erz bei erhöhter Temperatur mit einem Reduktionsmittel reagieren zu lassen, um das Metalloxyd zu reduzieren«
Dies geschieht heutzutage im wesentlichen nach drei Verfahren, bei denen entweder Eisenschwamm, im Schmelzfluß
reduziertes Eisen oder Hochofen-Roheisen anfällt.
Beim Herstellen von Eisenschwamm erfolgt die Reduktion
im wesentlichen mit einem gasförmigen Reduktionsmittel
bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des
Erzes und des Eisenschwamms. Dabei sind verhältnismäßig große Gasmengen erforderlich, um einen hohen Reduktionsgrad zu erreichen» Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Eisenschwamm kalt ist und der Gefahr einer Rückoxydation unterliegt. Schließlich ist wegen der verhältnismäßig niedrigen Verfahrenstemperatur auch die Reduktionsgeschwindigkeit sehr gering.
im wesentlichen mit einem gasförmigen Reduktionsmittel
bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des
Erzes und des Eisenschwamms. Dabei sind verhältnismäßig große Gasmengen erforderlich, um einen hohen Reduktionsgrad zu erreichen» Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Eisenschwamm kalt ist und der Gefahr einer Rückoxydation unterliegt. Schließlich ist wegen der verhältnismäßig niedrigen Verfahrenstemperatur auch die Reduktionsgeschwindigkeit sehr gering.
Das Reduzieren über die flüssige Phase erfolgt bei einer über dem Schmelzpunkt der Reaktionsprodukte liegenden
Temperatur. Auch dieses Verfahren ist mit einer Reihe
Temperatur. Auch dieses Verfahren ist mit einer Reihe
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von Nachteilen behaftet; diese liegen insbesondere in der hohen Härmebelastung bei Übergang der Reaktionswärme
in die flüssige oder halbflüssige Phase und dem hohen Reduktionsmittelverbrauch angesichts der minimalen
Reaktion des Kohlenmonoxyds bei hohen Temperaturen.
Die Nachteile des Hochofen-Verfahrens liegen dagegen vornehmlich darin, daß es einen vorbereiteten Möller
und eine hohe Festigkeit des als Reduktionsmittel dienenden Kokses erfordert. Außerdem erfordert der Hochofen
eine Reihe aufwendiger Nebenaggregate beispielsweise zur Erzeugung des erforderlichen Heißwindes.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Verhütten oxydischer Erze, insbesondere von Eisenerz zu schaffen, das die vorerwähnten Nachteile
vermeidet. Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Reduktionsverfahren, bei dem ein gegebenenfalls vorreduzierter
oxydischer Möller gegebenenfalls mit Schlackenbildnern und Rückgas am Fuße eines Schachtofens mit
Hilfe eines inerten oder reduzierenden Trägergases eingetragen und der ein Reduktionsmittel enthaltende
Schachtofen gleichzeitig beheizt, beispielsweise mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas und Kohlenwasserstoffen
beschickt wird. Dabei wird der oxydische Möller gegen eine Reduktionsmittelsäule eingeblasen, die ausreicht,
im wesentlichen den gesamten Feststoffanteil im unteren Teil der Beschickung festzuhalten, wo die
Oxyde augenblicklich reduziert, das Metall eingeschmolzen und gegebenenfalls legiert wird.
Als Reduktionsmittel für eine eventuelle Vorreduktion kommt vornehmlich das Abfc'as des Schachtofens zur Ver-
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wendung, das im wesentlichen aus einem Gemisch von
Kohlenmonoxyd und Wasserstoff besteht. Bei hohem Reduktionsgrad des vorreduzierten Guts kann es erforderlich
sein, eine zusätzliche Menge Reduktionsgas, "beispielsweise Kohlenwasserstoffe, in den Schachtofen einzuführen,
um die Äbgasmenge zu erhöhen und den gewünschten hohen Reduktionsgrad zu erreichen.
Innerhalb gewisser Grenzen steuert sich das erfindungsgemäße Verfahren insofern selbst, als bei geringerem
Reduktionsgrad die Menge des Schachtofengases automatisch ansteigt, so daß sich der Vorreduktionsgrad bei konstanter
Temperatur im Gestell des Schachtofens automatisch erhöht«, Andererseits verringert sich bei hohem
Vorreduktionsgrad die Abgasmenge automatisch, wodurch zwangsläufig bei gleichbleibender Gestelltemperatur
der Vorreduktionsgrad verringert wird.
Da das Schachtofenabgas eine verhältnismäßig hohe Temperatur besitzt, wird es vorzugsweise durch einen Wärmeaustauscher
geleitet, um es auf eine für die Vorreduktion geeignete Temperatur abzukühlen. Die Vorreduktion
kann nach herkömmlichen Verfahren, beispielsweise im Wirbelbett, ein- oder mehrstufig erfolgen.
Die erforderliche Verfahrenswärme kann durch Verbrennen von Kohlenwasserstoffen oder mittels elektrischer Energie
unter Verwendung üblicher Elektroden oder auch mittels Plasmabrennern aufgebracht werden. Ein Teil
des festen Reduktionsmittels wird in üblicher Weise verbrannt, um die erforderliche Wärmemenge zu erreichen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich die meisten oxydischen Erze, wie beispielsweise Wolfram-,
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Chrom-, Mangan-, Nickel- oder Eisenerze einzeln oder gemeinsam reduzieren, wobei je nach Einsatz reine: Metalle
oder Legierungen anfallen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und eines in der Zeichnung dargestellten
VerfahrensSchemas zum Herstellen von Eisen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren des näheren erläutert.
Die Fertigreduktion erfolgt in einem Schachtofen 2, 3, 4, der bei 1 mit einem festen Reduktionsmittel, beispielsweise
Koks 5 über einen gasdichten Gichtverschluß 2 beschickt wird. Das vorreduzierte Erz 21 wird mit Hilfe
eines inerten oder reduzierenden Trägergases durch Düsen 10 in das Ofengestell eingetragen. Gleichzeitig
werden Sauerstoff 8 und gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe 7 durch die Düsen 10 eingeblasen. Das eingetragene
Gut wird sogleich reduziert und augenblicklich eingeschmolzen, so daß sich am Gestellboden ein Sumpf
aus aufgekohltem Eisen bildet. Das sich im Gestell sammelnde Roheisen und die Schlacke können intermittierend
oder kontinuierlich über einen Abstichkanal 11 entfernt werden. Dabei kann das Metall in einem Vorherd
gesammelt und metallurgisch behandelt werden.
Die Reaktionstemperatur wird über die Sauerstoffmenge und
gegebenenfalls mit Wasser oder auch mit Hilfe elektrischer Energie, beispielsweise mittels eines Plasmabrenners
oder mittels Graphitelektroden eingestellt. Die Schachtofenwandung kann dabei eine der Phasen sein.
Die Abmessungen des Schachtofens und der Kokssäule sind
so bemessen, daß sich das vorreduzierte Gut im Gestell bzw. im unteren Teil der Kokssäule 5 sammelt und das
Schachtofenabgas 12 aus einem Gemisch von Kohlenmonoxyd und Wasserstoff in hoher Konzentration besteht.
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Das Verhältnis CO/Hp wird durch die in das Ofengestell
eingespeiste Menge an Kohlenwasserstoffen 7 sowie die Höhe der Kokssäule 5 im Ofenschacht bestimmt. Das Abgas
12 wird in einem Wärmeaustauscher 13 auf eine Temperatur heruntergekühlt, wie sie für die Vorreduktion
18, 20 erforderlich ist. Die Vorreduktion selbst kann in einer oder mehreren Stufen, beispielsweise in einem
Wirbelbett 20 erfolgen.
Vorzugsweise beträgt der Reduktionsgrad bei der Vorreduktion 60 bis 95%. Bei einem Reduktionsgrad über 90%
reicht das Schachtofenabgas wegen der geringeren Wärme im Schachtofen und des geringeren Verbrauchs bei der
Fertigreduktion möglicherweise nicht aus, so daß ein zusätzliches Reduktionsgas aus einem Gasgenerator 22
verwendet werden muß.·
Das Abgas 19 aus der Vorreduktionsstufe 20 enthält noch
eine verhältnismäßig große Menge brennbarer Bestandteile und kann daher einerseits für das Vorwärmen und
Trocknen des Erzes 16 in einem Trockner 17 und andererseits
im Gasgenerator 22 oder nach einer etwaigen Verringerung seines Feuchtigkeitsgehaltes in einem Entfeuchter
28 im über der Reaktionszone liegenden oberen Teil des Schachtofens durch eine Düse 30 eingespeist
werden. Auf diese Weise verringern sich die Abgastemperatur und die Temperaturabnahme im Wärmeaustauscher
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kommen vorzugsweise Fernerz, beispielsweise ein Erzkonzentrat oder ein
Konzentratgemisch und Gichtgasstaub aus anderen metallurgischen Verfahren zum Einsatz. Als Trägergas für
das vorreduzierte Gut 21 eignet sich besonders das Schachtofenabgas 23, das nach einem Reinigen in einem
Filter 24 über eine Pumpe 25 in die Zuleitung zu den Düsen 10 gedrückt wird. Das Abgas aus dem Trockner 17
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wird über eine Leitung 15 in einen Kamin eingeleitet.
Bei einem Versuch wurde Hämatit-Erz einstufig vorreduziert und in einen Schachtofen mit einer Koksfüllung
und Sauerstoffzufuhr eingetragen. Ohne Abgaszirkulation ergab sich je Tonne erschmolzenes Roheisen ein Koksverbrauch
von 660 kg und ein Sauerstoffverbrauch von 495 Nm3.
Ein weiterer Versuch mit denselben Einsatz stoffen, jedoch
zweistufiger Vorreduktion ohne Abgaszirkulation ergab eine bessere Ausnutzung des Schachtofenabgases.
Bei 80%-iger Vorreduktion betrugen der Koksverbrauch 480 kg und der Sauerstoff verbrauch 372Nm je Tonne erschmolzenes
Roheisen.
Im Rahmen eines Versuches wurden Hämatit-Erz und Koks eingesetzt, während die erforderliche Wärme elektrisch
erzeugt wurde. Demzufolge war die Abgasmenge außerordentlich gering, so daß sich bei einer zweistufigen Vorreduktion
ein Reduktionsgrad von nur 37% ergeben hätte. Aus diesem Grunde wurde nur einstufig reduziert, wobei
sich ein Reduktionsgrad von 33% ergab. Der Verbrauch
an Koks lag bei 215 kg und an elektrischer Energie bei 1200 kWh je Tonne erschmolzenes Bisen,
Mit den Ausgangsmaterialien des Beispiels 3, jedoch schrittweisem Ersatz der elektrischen Energie durch
Sauerstoff und Koks sowie gleichzeitiger Einführung einer zweistufigen Reduktion ergaben sich im Bxtrem-
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fall ohne elektrische Energie dieselben Verbrauchswerte
je Tonne erschmolzenes Roheisen wie im Falle des Beispiels 2.
Bei einem Versuch mit Koks, Hämatit-Erz und einer auf einem Reduktionsgrad von 75% abgestellten Abgaszirkulation
sowie elektrischer Beheizung zirkulierten 55% des Abgases, während der Rest zum Vorwärmen oder Trocknen
des.Erzkonzentrats verwendet wurde„ Der Koksverbrauch
lag bei 215 kg und der Energieverbrauch bei 1270 kWh jeweils je Tonne erschmolzenes Eisen. Diese Daten entsprechen
den Werten des Beispiels 3, sind jedoch etwas weniger zufriedenstellend.
Bei einem Versuch mit Koks, Hämatit-Erz, Abgaszirkulation und elektrischer Beheizung ergaben sich ein Koksverbrauch
von 161 kg und ein Energieverbrauch von 610 kWh jeweils je Tonne erschmolzenes Eisen,
Bei Durchführung des Verfahrens mit Kohlenwasserstoffen, Koks, Hämatit-Erz und elektrischer Beheizung kann der
für die Wärmeerzeugung erforderliche Koks ganz oder teilweise durch Kohlenwasserstoffe ersetzt werden; der
Schachtofen selbst benötigt jedoch stets eine Koksfüllung, um einerseits eine stark reduzierende Ofenatmosphäre
und andererseits ein sauberes Reduktionsbzw. Abgas zu gewährleisten.
Bei einem Versuch der vorerwähnten Art wurde Öl verwendet und ergab sich ein Ölverbrauch von 180 kg und ein
Verbrauch an elektrischer Energie von 1240 kWh jeweils
je Tonne erschmolzenes Eisen,,
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Bei einem Versuch mit Propan als Brenngas, Hämatit-Erz, Abgaszirkulation und elektrischer Beheizung wurde das
gesamte Abgas gereinigt und derVorreduktion zugeführt.
Je Tonne erschmolzenes Eisen ergaben sich dabei ein Propanverbrauch von 124 kg und ein Energieverbrauch
von 1125 kWh.
Aus der folgenden Zusammenstellung der Daten der vorstehenden Versuche ergibt sich, daß die Verfahrensweise
nach Beispiel 3 hinsichtlich des Energieverbrauchs am günstigsten ist.
Bei spiel |
Koks (kg.) |
kWh O2 (Nm3) |
- | 180, Öl | Energie (kWh) |
Gas- zirk. |
Gas reini gung |
Vorred.- Stufen |
1 | 660 | 495 | 480 O - 372 | 124,Propan - | - | — | — | 1 |
2 | 480 | 372 | - | - | - | — | 2 | |
3 | 215 | 1200 | - | - | 1 | |||
4 | 215 - | O - 1200 | — | - | 2 | |||
5 | 215 | 1270 | X | 2 | ||||
6 | 161 | 610 | X | 2 | ||||
7 | <30 | 1240 | - | - | 2 | |||
8 | OO | 1125 | - | X | 2 |
Die vorerwähnten Versuche wurden in einer Versuchsanlage entsprechend der Schemaskizze durchgeführt; die entsprechenden
Verbrauchsdaten bei industrieller Anwendung dürften daher etwas höher liegen.
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Claims (8)
1. Verfahren zum Verhütten von Metalloxyden, insbesondere
Eisenerz mit fakultativer Vorreduktion, dadurch
gekennzeichnet , daß das zu reduzierende Gut mit Hilfe eines Trägergases in das Gestell eines
mit einem festen Reduktionsmittel gefüllten und "beheizten Schachtofens eingetragen und reduziert sowie eingeschmolzen
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zusammen mit dem Reduktionsgut
Schlackenbildner eingetragen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Reduktionsgut
mit einem inerten oder reduzierenden Trägergas eingetragen wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet , daß das Schachtofenabgas mindestens teilweise in den
Schachtofen zurückgeführt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schachtofenabgas zur Vorreduktion des Ausgangsguts
verwendet wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet ,
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daß bei hohem Reduktionsgrad zusätzlich ein reduzierendes
Gas oder Kohlenwasserstoffe zur Anreicherung des
Abgases in den Schachtofen eingeblasen werden.
Abgases in den Schachtofen eingeblasen werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet , daß das Schachtofenabgas vor der Vorreduktion gekühlt
wirdo
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet , daß der Schachtofen elektrisch oder mit Brennern beheizt
wird.
9· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet , daß Wolfram-, Chrom-, Mangan-, Nickel- oder Eisenerz
einzeln oder gemeinsam reduziert werden.
einzeln oder gemeinsam reduziert werden.
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