DE2424932C3

DE2424932C3 - Verfahren zur Herstellung von Stahl

Info

Publication number: DE2424932C3
Application number: DE19742424932
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr.-lng 4300 Essen; Neuschütz Dieter Dr.-lng 4018 Langenfeld; Radke Dietrich Dr.-lng 4300 Essen Hartwig
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Filing date: 1974-05-22
Publication date: 1977-09-01

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stahl aus eisenoxidhaltigen Rohstoffen, vorzugsweise oxidischen Eisenerzen, bei dem die Rohstoffe zunächst durch Direktreduktion mit einem geeigneten Gas in weitgehend metallisierter! Eisenschwamm überführt werden, welcher unter Zugabe von Zuschlagsstoffen und gegebenenfalls Feinschrott in einem mit einer Metallschmelze gefüllten, geeigneten Gefäß eingeschmolzen wird, wobei im Schmelzgefäß durch Reaktion von sauerstoffhaltigen Gasen mit kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Kohlen- und/oder Koksstaub, die vorzugsweise unterhalb der Badoberfläche in die Metallschmelze eingeblasen werden, Wärme und kohlenmonoxidhaltiges Abgas gebildet wird, wobei die Wärme teilweise zum Einschmelzen des Eisenschwamms und das Abgas zur Direktreduktion und/oder auf andere Weise genutzt wird und wobei die Schmelze in ein weiteres Gefäß überführt wird, wo durch geeignete metallurgische Maßnahmen ihre Weiterverarbeitung zu Stahl erfolgt.

In der DT-OS 24 01 909 wurde ein Verfahren zur Herstellung von Stahl aus feinkörnigen Eisenerzen vorgeschlagen, das folgende Verfahrensmerkmalc aufweist

a) Vorwärmung und Teilreduktion der feinkörnigen Eisenerze in einem Gegenstromwärmeaustauschcr,

b) Reduktion der feinkörnigen Eisenerze mit im wesentlichen aus Kohlenmonoxid bestehenden Abgasen des Schmelzprozesses in einem Wirbelschichtreakior zu Eisenschwamm, vorzugsweise bei 500 bis 850°C.

c) Abtrennung des feinkörnigen Eisenschwamms vom Reduktionsgas und pneumatische Förderung des Eisenschwamms in eine kohlenstoffhaltige Metallschmelze,

d) Restreduktion des Eisenschwamms in der Metallschmelze durch den vorhandenen Kohle istoff und weitere in die Metallschmelze pneumatisch einzubringende Kohlenstoffträger, insbesondere Koh lenstaub,

e) Frischen der Metallschmelze mit reinem Sauerstoff, dem Kalk und weitere Zuschlagstoffe zugemischt sein können,

f) Einbringung des Sauerstoffs, der Kohlenstoffträger, des Eisenschwamms und der Zuschlagstoffe in die Metallschmelze durch unterhalb der Metallbadoberfläche angeordnete Düsen.

Bei diesem Verfahren ist weiterhin vorgesehen, überschüssiges Abgas aus dem Schmelzprozeß zu nutzen und dem Schmelzgefäß einen Vorstahl zu entnehmen, der in einem weiteren Gefäß zu Stahl gefrischt wird.

In der DT-PS 12 66 330 ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von kohlenstoffhaltigem Eisen durch Reduktion eines Eisenerzes beschrieben, bei dem die Vorreduktion des Eisenerzes in einer ersten Reaktionszone bei einer Temperatur, die unterhalb der Sintertemperatur des Erzes liegt, mit einem Reduktionsgas durchgeführt wird, das aus einer zweiten Reaktionszone, in der die Reduktion des Eisenerzes zu Ende geführt wird, stammt. Bei diesem bekannten Verfahren soll die Endrcduktion durch Einführung von gekracktem Methan und Sauerstoff in ein flüssiges kohlenstoffhaltiges Eisenbad durchgeführt werden, wobei die eingeführten Gase in gleicher Weise wie das aus der ersten Reaklionszone stammende vonvduzierte Material in die Mitte des kohlenstoffhaltigen Eisenbades eingebracht werden. Bei dem aus der DT-PS 12 66 330 bekannten Verfahren ist auch vorgesehen, das im Schmelzofen anfallende Gas dem Reduktionsgas r\or

ersten Reduktionsstufe zuzumischen und somit für die Direktreduklion der eisenoxidhaltigen Materialien zu ve; wenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirtschaftlichkeit und die Anwendungsbreite des in der DT-OS 24 01 909 vorgeschlagenen Verfahrens dadurch zu verbessern bzw. zu erweiteren, daß mittels einer geeigneten Prozeßführung die Ausnutzung der in das Verfahren einzubringenden Stoff- und Energiemengen erhöht und die Verwendung von Rohstoffen unterschiedlicher Zusammensetzung und Körnung ermöglicht wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das gesamte, stark aufgeheizte Abgas des Schmelzgefäßes mit kohlenstoffhaltigen is Substanzen, vorzugsweise mit Kohlenstaub, sowie mit Wasserdampf und/oder Kohlendioxid in einem Reaktor zur Reaktion gebracht und nach einer geeigneten Konditionierung, insbesondere einer lleißentstaubung, in an sich bekannter Weise durch Zumischen zu dem ιυ Reduktionsgas, das in der Reduktionsstufe teilweise in einem mit einer Gasaufbereilung versehenen Kreislauf geführt wird, zur Direktreduktion der eisenoxidhaltigen Rohstoffe verwendet wird.

Besonders vorteilhaft ist der Ablauf des der Erfindung ^s entsprechenden Verfahrens dann, wenn das Abgas des Sehmelzgefäßes mit einer Temperatur von 1400 bis IbOO"C in den Reaktor gelangt und diesen mit der für die Direktreduktion erforderlichen Temperatur von 800 bis ll00"C verläßt. Der Wärmeinhalt des stark ;,o aufgeheizten Abgases des Schmelzgefäßes wird also zur Deckung des Wärmebedarfs i'olgender endothermer Reaktionen

C + H₂O^CO + 11, + 31.4 kcal „

C + CO-T-^CO + 41,2 kcal

verwendet, wobei eine Abkühlung des Abgases erfolgt und gleichzeitig Wasserstoff und zusätzliches Kohlen- ^₀ monoxid gebildet wird, was für den Ablauf der Direktreduktion erwünscht ist.

Der Verfahrensablauf wird gemäß der Erfindung besonders günstig beeinflußt, wenn der Reaktor ein integraler Bestandteil des Schmelzgefäßes ist. wobei es _4S von Vorteil ist, wenn der obere Teil des Sehmelzgefäßes. in dem keine Schmelze vorhanden ist, als Reaktor dient. Weiterhin sieht das erfindungsgemäße Verfahren \or. daß das Schmelzgefäß als Druckgefäß ausgebildet ist, wodurch das unter erhöhtem Druck stehende Abgas __so ohne nachträgliche Kompression, durch den Reaktor und den Reduktionsofen mit der für den Reduktionsprozeß erforderlichen Geschwindigkeit strömen kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Abgas im Schmelzgefäß unter einem Druck von 0,5 bis 5 -.Hü steht, ^s

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Wärmemenge, die zur Aufrechterhaltung der für die Direktreduktion erforderlichen Temperatur in das im Kreislauf geführte Gas eingebracht werden muß. nicht nur dem abgekühlten Abgas ι,... des Sehmelzgefäßes entnommen wird, sondern, daß nach der Direktreduktion ein Teil des Reduktionsgas^ verbrannt und zum Aufheizen des restlichen, im Kreislauf geführten Reduktionsgases verwendet wird. In vielen Rillen wird es auch zweckmäßig sein, wenn das ,., im Kreislauf geführte Reduktionsgas durch Zuführung nuklearer Prozeßwärme aufgeheizt wird.

Die Vorteile des der Erfindung entsprechenden Verfahrens bestehen insbesondere darin, daß zur Stahlerzeugung, die über die Zwischenstufe des Eisenschwamms abläuft, weder Hochofenkoks noch elektrische Energie erforderlich sind und daß die Energiebilanz des Verfahrens mit der des I lochofen-Sauerstoff-Blas Verfahrens annähernd übereinstimmt. Weiterhin läuft das erl'indungsgemäOe Verfahren kontinuierlich ab, wodurch unproduktive Standzeiten der Prozeßapparatc vermieden werden.

Ein Ausführungsbeispiel des der Erfindung entsprechenden Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

In einem mit Reduktionsgasen 24 betriebenen Reduktionsofen 1 wird aus Eisenerz 2 bei Temperaturen bis etwa 1100⁰C der Eisenschwamm 3 erzeugt. Der Eisenschwamm 3 wird unter einer nichioxidierenden Atmosphäre kontinuierlich und vorzugsweise ohne Zwischenkühlung in das .Schmelzgefäß 4 eingebracht. Im .Schmelzgefäß 4 wird die zum Einschmelzen des Eisenschwamms 3 und der Zuschlagstoffe erforderliche Wärme durch Verbrennen von kohlenstoffhaltigen Substanzen 5 mit sauersioflhaltigen Gasen 6 erzeugt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn Kohlen- und Koksstaub sowie Sauerstoff mit Hilfe von Manteldüsen unterhalb der Badoberfläche in die Metallschmelze eingeblasen werden, die sich im Schmelzgefäß 4 befindet. Auch die Verwendung von Kohlenwasserstoffen sowie mit Sauerstoff angereicherter Luft ist möglich.

Bei Verwendung von Koks und Sauerstoll zur Wärmeerzeugung sind zum Einschmelzen von 1 1 Eisenschwamm mit einem Eisengehalt von 85 bis 95"/n etwa 320 kg Kohlenstoff erforderlich. Bei dieser Reaktion werden etwa 600 Nm³ Kohlenmonoxid gebildet, was zur Erzeugung von 1 t Eisenschwamm ausreicht.

Das heiße Abgas 7 wird zunächst in den Reaktor 8 geführt, der dem Schmelzgefäß 4 unmittelbar benachbart oder ein integraler Bestandteil des Schmelzgefäßes 4 ist. In den Reaktor 8 wird ein Gemisch 9 aus kohlenstoffhaltigen Substanzen und Wasserdampf Lind/oder Kohlendioxid eingebracht. Menge und Zusammensetzung des Gemisches 9 werden so gewählt, dal.i die Temperatur durch endotherme Reaktionen auf 800 bis 1100 C absinkt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Gemisch 3 aus Kohlen- oder Koksstaub und aus der zur Wassergasbildung erforderlichen slöchiomeirischen Wasserdampfmenge besteht. Das Gasgemisch 10, das in der Hauptsache aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht, wird in einem oder mehreren hintereinandergeschalteten Heißzyklonen 11 entstaubt, damit es im Reduktionsofen 1 nicht zu Verstopfungen kommt.

Das Gasgemisch 10 und der Gasstrom 20 bilden das Reduktionsgas 24, das in den Reduktionsofen 1 gelangt, der ein- oder mehrstufig ausgeführt sein kann. Das aus dem Reduktionsofen 1 austretende Gas 12 enthält noch erhebliche Anteile nicht oxidierter Bestandteile (CO und H₂), die dem Reduktionsprozeß weitgehend wieder zugeführt werden, nachdem der Staub sowie Wasser und Kohlendioxid in den Vorrichtungen 11 und 14 nach bekannten Verfahren abgetrennt worden sind.

Vor der Rückführung des Reduktionsgases in Jen Redukiionsofen 1 wird Jas Verhältnis von Kohlenmonoxid und Wasserstoff nach den Bedürlnissen ties Reduktionsprozesses dadurch korrigiert, daß ein Teil des Gases in der Vorrichtung 1ϊ der Wassergasreaktion unterworfen wird, wobei aus Kohlenmonoxid und Wasser Kohlendioxid und Wasserstoff gebildet wird. Dem Gasstrom 12 wird ein Teilstrom 16 entnommen

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und mit Luft 19 in der Vorrichtung 18 verbrannt. Die ge Wärmemenge in den Reduktionsofen 1 vorteilhaft

dabei freiwerdende Wärme wird zum Aufheizen des im eingebracht werden kann.

Kreislauf geführten Gases verwendet. Aus dem Das .Schmelzgefäß 4 wird kontinuierlich betrieben

Gaskreislauf muß immer ein gewisser Teil entnommen und besitzt für das flüssige Metall 21 und die Schlacke 25

werden, um die Anreicherung von gasförmigen > je einen Ablauf. Zur Bildung einer gut handhabbaren

Verunreinigungen (z. B. Stickstoff) zu verhindern und und metallurgisch wirksamen Schlacke können der

um Schwankungen der Gasmenge auszugleichen. Das Schmelze Zuschlagstoffe, wie beispielsweise Kalk

gereinigte Kreislaufgas 17 wird in der Vorrichtung 18 zugeführt werden.

auf eine Temperatur erwärmt, die ausreicht, um nach Wegen der kontinuierlichen Arbeitsweise ist ei Mischung der Gase 20 und 10 beim Eintritt in den io zweckmäßig, nach dem Einschmelzen des Eisen-Reduktionsofen 1 eine Temperatur zwischen 600 und schwamms einen Teil der metallurgischen Arbeiten ir 1100⁰C zu erzielen. Reicht die durch Verbrennung des ein weiteres Schmelzgefäß 22 zu verlegen, in dem dct Gasstroms 16 erzeugte Wärmemenge zum Aufheizen Stahl nachgefrischt, desoxidicrt und ggf. legiert wird des Kreislaufgases nicht aus, werden zusätzliche bevor er zur Gicßanlage 26 gelangt.
Brennstoffe verbrannt oder es wird nukleare Prozeß- is Bei Betriebsstörungen im Schmelzgefäß4 wird der in wärme zugeführt. Die Kreislaufführung des Gases ist Reduktionsofen 1 erzeugte Eisenschwamm abgckühl deshalb erforderlich, weil auf diese Weise die notwendi- und im Behälter 23 gelagert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Stahl aus eisenoxidhaltigen Rohstoffen, vorzugsweise oxidi- s sehen Eisenerzen, bei dem die Rohstoffe zunächst durch Direktreduktion mit einem geeigneten Gas in wjitgehend metallisierten Eisenschwamm überführt werden, welcher unter Zugabe von Zuschlagstoffen und ggf. Feinschrott in einem mit einer Metallschmelze gefüllten, geeigneten Gefäß eingeschmolzen wird, wobei im Schmelzgefäß durch Reaktion von sauerstoffhaltigen Gasen mit kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Kohlen- und/oder Koksstaub, die vorzugsweise unterhalb der Badoberfläche in die Metallschmelze eingeblasen werden, Wärme und kohlenmonoxidhaltiges Abgas gebildet wird, wobei die Wärme teilweise zum Einschmelzen des Eisenschwamms und das Abgas zur Direktreduktion und/oder auf andere Weise :o genutzt wird und wobei die Schmelze in ein weiteres Gefäß überführt wird, wo durch geeignete metallurgische Maßnahmen ihre Weiterverarbeitung zu Stahl erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte, stark aufgeheizte Abgas des Schmelzgefäßes (4) mit kohlenstoffhaltigen Substanzen, vorzugsweise mit Kohlenstaub, sowie mit Wasserdampf und/oder Kohlendioxid in einem Reaktor (8) zur Reaktion gebracht und nach einer geeigneten Konditionierung, insbesondere einer }o Heißentstaubung, in an sich bekannter Weise durch Zumischen zu dem Reduktionsgas, das in der Reduktionsstufe teilweise in einem mit einer Gasaufbereitung versehenen Kreislauf geführt wird, ZUi' Direktreduktion der eisenoxidhaltigen Rohstoffe .vs verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas des Schmelzgefäßes (4) mit einer Temperatur von 1400 bis 1600⁰C in den Reaktor (8) gelangt und diesen mit der für die Direktreduktion erforderlichen Temperatur von 800 bis 1100°Cver'äßt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (8) ein integraler Bestandteil des Schmelzgefäßes (4) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des Schmelzgefäßes (4), in dem keine Schmelze vorhanden ist. als Reaktor (8) dient.

5. Verfahren nach den Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzgefäß (4) als Druckgefäß ausgebildet ist.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch .gekennzeichnet, daß das Abgas im Schmelzgefäß (4) unter einem Druck von 0,5 bis 5 atü steht.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Direktreduktion ein Teil des Reduktionsgases verbrannt und zum Aufheizen des restlichen im Kreislauf geführten Reduktionsgases verwendet wird. uo

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das im Kreislauf geführte Reduktionsgas durch Zuführung nuklearer Prozeßwärme aufgeheizt wird.