DE2403780C3 - Verfahren zum Verhütten von Metalloxyd - Google Patents

Verfahren zum Verhütten von Metalloxyd

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verhütten von Metalloxyd, bei dem pulverförmiges Metalloxyd mit Hilfe eines Trägergases in einen mit einem festen Reduktionsmittel gefüllten und beheizten Schachtofen eingetragen und reduziert wird.
Die bekannten Verhüttungsverfahren basieren darauf, oxydisches Er/, insbesondere Eisenerz bei erhöhter Temperatur mit einem Reduktionsmittel reagieren zu lassen, um das Metalloxyd zu reduzieren. Dies geschieht heutzutage bei der Eisenerzverhüttung 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.
Das Reduzieren über die flüssige Phase erfolgt bei einer über dem Schmelzpunkt der Reaktionsprodukte liegenden Temperatur. Auch dieses Verfahren ist mit einer Reihe von Nachteilen behaftet; diese liegen insbesondere in der hohen Wärmebelastung bei Übergang der Reaktionswärme in die flüssige oder halbflüssige Phase und dem hohen Reduktionsmittelverbrauch angesichts der minimalen Reaktion des Kohlenmonoxyds bei hohen Temperaturen.
ίο 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 Heißwindei.
Bekannt ist aus der deutschen Patentschrift 7 56 271 auch ein Verfahren, bei dem pulverförmige oxydische Zinkverbindungen mit Hilfe eines Trägergases in einen mit einem festen Reduktionsmittel gefüllten und beheizten Schachtofen eingetragen und dort reduziert werden. Dieses Verfahren basiert jedoch auf dem verhältnismäßig niedrigen Dampfdruck des metallischen Zinks, der ein Abziehen des Zinks durch die Beschickungssäule erlaubt. Der wesentliche Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es intermittierend arbeitet; so folgt einer Heizphase, bei der lediglich ein sauerstoffhaltiges Gas zum Verbrennen eines Teils des Reduktionsmittels in den Schacht eingeblasen wird, jeweils eine Reduktionsphase, während derer der Zustrom des sauerstoffhaltigen Gases unterbrochen und nur oxydische Zinkverbindungen mit Hilfe eines Trägergases in den Schachtofen eingetragen werden. Diese Arbeitsweise ist unwirtschaftlich, weil sie die Ofenleistung im Vergleich zu einem kontinuierlich arbeitenden Ofen von vornherein auf die Hälfte verringert.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile der bekannten Verfahren zu beheben und ein Verfahren zum Verhütten von Eisenerz zu schaffen, das sehr wirtschaftlich arbeitet und flüssiges Eisen ergibt. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß beim Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß vorreduziertes Eisenerz kontinuierlich in das Gestell eines gleichzeitig beheizten Schachtofens eingetragen und dort reduzierend eingeschmolzen wird.
Dabei wird der oxydische Möller gegen eine Reduktionsmittclsäule eingeblasen, die ausreicht, im wesentliehen 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 Vorreduktion kommt vornehmlich das Abgas des Schachtofens zur Verwendung, das im wesentlichen aus einem Gemisch von Kohlenmonoxyd und Wasserstoff besteht. Bei hohem Reduktionsgrad des vorreduzierten Guts kann es erforderlich sein, eine zusätzliche Menge
fio Reduktionsgas, beispielsweise Kohlenwasserstoffe, in den Schachtofen einzuführen, um die Abgasmenge zu erhöhen und den gewünschten hohen Reduktionsgrad zu erreichen.
Innerhalb gewisser Grenzen steuert sich das erfin-
'^ dungsgemäße Verfahren insofern selbst, als bei geringe-•m 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 zwangläufig bei gleichbleibender Gestelltemperatur der Vorreduktionsgrad verringert wird.
Da das Schachtofenabgas eine verhältnismäßig hohe Temperatur besitzt, wird es vorzugsweise durch einen Wärmeaustauscher geleitet, um es aut 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.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand 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 27 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.
Das Verhältnis CO/H2 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 ci>em 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 Feuchtigkeitsgehalts in einem Entfeuchter 28 im über der Reakiionszone liegenden oberen Teil des Schachtofens durch eine Düse 30 eingespeist werden. Auf diese Weise verringern sich die Abgastemperatur und die Temperaturabnahme im Wärmeaustauscher 13.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kommen vorzugsweise Feinerz, 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 wird über eine Leitung 15 in einen Kamin eingeleitet.
Beispiel 1
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 Sauerstoffve.brauch von 495 Nm5.
Beispiel 2
Ein weiterer Versuch mit denselben Einsatzsloffen, jedoch zweistufiger Vorreduktion ohne Abgaszirkulation ergab eine bessere Ausnutzung des Schachtofenabgases. Bei 80%iger Vorreduktion betrugen der Koksverbrauch 480 kg und der Sauerstoffverbrauch 372 Nm3 je Tonne erschmolzenes Roheisen.
Beispiel 3
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 Eisen.
Beispiel 4
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 Extremfall ohne elektrische Energie dieselben Verbrauchswerte je Tonne erschmolzenes Roheisen wie im Fall des Beispiels 2.
Beispiel 5
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 verwenuat wurde. Der Koksverbrauch lag bei 215 kg und f>5 der Energieverbrauch bei 1270 kWh jeweils je Tonne erschmolzenes Eisen. Diese Daten entsprechen den Werten des Beispiels 3, sind jedoch etwas weniger zufriedenstellend.
Beispiel 6
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.
Beispiel 7
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 Reduktions- bzw. Abgas zu gewährleisten.
Tabelle
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.
Beispiel 8
Bei einem Versuch mit Propan als Brenngas, Hämatit-Erz, Abgaszirkulation und elektrischer Beheizung wurde das gesamte Abgas gereinigt und der Vorreduktion 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.
Beispiel Koks kWh Ο2 — Energie Gas- Gas Vorred-
_ zirk. reinigung Stufen
(kg) (kg) (Nm') — (kWh)
1 660 _ 495 — _ _ _ 1
2 480 — 372 — 2
3 215 — 1200 — — 1
4 215-480 0-372 0-1200 _ — 2
5 215 — 1270 X 2
6 161 — 610 X 2
7 <30 180, öl 1240 — — 2
8 <30 124, Propan 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.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Verhütten von Metalloxyd, bei dem pulverförmiges Metalloxyd mit Hilfe eines Trägergases in einen mit einem festen Reduktionsmittel gefüllten und beheizten Schachtofen eingetragen und reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß vorreduziertes Eisenerz kontinuierlich in das Gestell eines gleichzeitig beheizten Schachtofens eingetragen und dort reduzierend 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 pinem 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, daß bei hohem Reduktionsgrad zusätzlich ein reduzierendes Gas oder Kohlenwasserstoffe zur Anreicherung des 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 wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schachtofen elektrisch oder mn Brennern beheizt wird.
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