-
Verfahren und Vorrichtung zur Reduktion von Erzen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Reduktion von Erzen, die zunächst auf eine
für die Reduktion notwendige Feinheit aufgemahlen, dann vorgewärmt sowie reduziert
und anschließend agglomeriert werden.
-
Zur Reduktion feinkörniger Erze sind das Wirbelschichtverfahren und
das Retortenverfahren bekannt, die Jedoch mit verschiedenen Nachteilen behaftet
sind. Sie ermöglichen nur einen satzweisen Betrieb in kleinen Einheiten und sind
wegen der bei Reduktionstemperatur auftretenden Anbackungen recht störanfällig.
Da- ferner das feinkörnige Fertigprodukt dieser Reduktionsverfahren äußerst reoxydationsempfindlich
ist, muß eine Heißbrikettierung vorgenommen werden, die sehr störanfällig und kostspielig
ist, da unter Schutzgas bei hohen Temperaturen gearbeitet werden muß.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung
dieser Mängel ein Verfahren zur Reduktion von Erzen zu entwickeln, das sich durch
eine kontinuierliche und einfache Arbeitsweise in großen Einheiten sowie eine hohe
Betriebssicherheit auszeichnet.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das feinkörnige
Erz in einem Schwebegas-Vorwärmer vorreduziert und anschließend in einem Drehrohrofen
fertig reduziert sowie unter Zugabe eines Bindemittels pelletiert wird.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das feinkörnige Erz in der
Schwebe weitgehend reduziert. Der Schwebegas-Vorwärmer kann durch einen mehrstufigen
Zyklonvorwärmer oder durch einen Wirbelschicht-Wärmetauscher gebildet werden. Als
Reduktionsmittel kann Kohle, öl oder Gas Verwendung finden.
-
Die Fertigreduktion erfolgt in einem Drehrohrofen, der zweckmäßig
im Gleichstrom betrieben wird und vorteilhaft mit Mantelbrennern bestückt ist, durch
deren Einblasrohre Luft in den Ofenraum geblasen wird. In dieser Reduktionszone
des Drehrohrofens erfolgt die weitere Reduktion des Erzes bis zum gewünschten Reduktionsgrad.
-
An die Reduktionszone des Drehrohrofens schließt sich eine Agglomerier-
bzw. Pelletierzone an, in der die Temperatur im allgemeinen sprunghaft erhöht wird
und in der durch Zugabe eines Bindemittels ein Agglomerier- bzw.
-
Pelletiereffekt erreicht wird.
-
Ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist in der Zeichnung schematisch veranschaulicht.
-
Die Anlage enthält einen vierstufigen Zyklon-Vorwärmer 1 sowie einen
Drehrohrofen 2. Der Zyklon-Vorwärmer 1 enthält in der untersten Stufe zwei parallel
geschaltete
Zyklone 3, 4, in der zweiten Stufe einen Wirbelschacht 5, in der dritten Stufe zwei
parallel geschaltete Zyklone 6 und 7 sowie in der vierten Stufe ebenfalls zwei Zyklone
8 und'9. Die Führung der Gase ist durch gestrichelte Pfeile 10, die Führung des
Gutes durch voll ausgezogene Pfeile 11 veranschaulicht.
-
Der im Gleichstrom betriebene Drehrohrofen 2 ist im Bereich seiner
Guteintragsseite mit einem Zentralbrenner 12 versehen. Sein Gutaustragsende steht
über eine Gasleitung 13 mit dem Zyklonvorwärmer 1 in Verbindung.
-
An diese Gasleitung 13 ist ein Brenner 14 (zur CO-Nachverbrennung)
angeschlossen, ferner eine Düse 15 zur Einführung eines festen oder flüssigen Reduktionsmittels.
-
Der Drehrohrofen 2 ist weiterhin mit einer Anzahl von Mantelbrennern
bzw. Mantelventilatoren 16 versehen.
-
Zwischen der zweiten Stufe (Wirbelschacht 5) und der dritten Stufe
(Zyklone 6, 7) des Zyklonvorwärmers 1 ist ein Anschluß 17 zur Zuführung von Frischluft
vorgesehen.
-
Die heißen Abgase des Drehrohrofens 2 (Pfeile 10) durchströmen den
Zyklon-Vorwärmer 1 und werden auf diese Weise zur Trocknung und Vorwärmung des Erzes
nutzbar gemacht.
-
Durch die Eindüsung des Reduktionsmittels (öl oder feinkörnige Kohle)
in die Gasleitung 13 (mittels der Düse 15) wird eine sehr gute Vermischung des Reduktionsmittels
mit dem feinkörnigen Erz erreicht, was den Ablauf der Reduktion beschleunigt. Gasreiche
Kohle wird in den beiden unteren Stufen (Zyklone 3, 4 und Wirbelschacht 5) des Zyklon-Vorwärmers
weitgehend abgeschwelt. Die Schwelgase und die sonden Heißgasen mitgerissenen feinsten
Kohlenpartikel
werden durch die über den Anschluß 17 zugeführte
Frischluft verbrannt und auf diese Weise optimal für die Vorwärmung und eine evtl.
notwendige Trocknung des Erzes nutzbar gemacht. Da die Verbrennung der Schwelgase
erst in der an den Wirbelschacht 5 anschließenden (zu den Zyklonen 6 und 7 der dritten
Stufe führenden) Rohrleitung erfolgt, wird die reduzierende Wirkung dieser Gase
in den Zyklonen 3 und 4 sowie im Wirbelschacht 5 voll ausgenutzt. Es erfolgt auf
diese Weise eine weitgehende Vorreduktion des Erzes vor dem Eintritt in den Drehrohrofen
2.
-
Bei Verwendung von öl als Reduktionsmittel wird in gleicher Weise
wie bei Feinkohle eine sehr gute Vermischung mit dem Erz erreicht. Das öl umhüllt
die Erzteilchen in einer dünnen Schicht, wodurch die besten Voraussetzungen für
die Reduktion geschaffen werden. Bei hoher Vorwärmung des Erzes im Wärmetauscher
wird das öl zumindest teilweise auf der ErzDberflEche gecrackt, wobei brennbare,
reduzierende Gase entstehen, die in gleicher Weise genutzt werden wie die Schwelgase
der Kohle, die bei der oben erwähnten Einblasung von Feinkohle in die Leitung 13
entstehen. Beim Crackvorgang kann sich außerdem Spaltungskohlenstoff bilden, der
sich auf der Oberfläche der Erzpartikel ablagert und dadurch den Reduktionsvorgang
beschleunigt.
-
Das feinkörnige, hocherhitzte und mit Reduktionsmitteln vermischte
Erz gelangt in den Drehrohrofen 2.
-
An der Materialeintragsseite des Drehrohrofens befindet sich ein Gas-,
l- oder Kohlestaubbrenner 12, der das Erz-Reduktionsmittel-Gemisch weiter erhitzt
und auf der für die Reduktion günstigsten Temperatur hält. Die im Reduktionsteil
des Drehrohrofens 2 durch Kohleverbrennung
und durch die Reduktion
entstehenden CO-Gase werden mittels Luft, die über die auf dem Ofenmantel angebrachten
Ventilatoren 16 eingeblasen wird, verbrannt. Die Mantelventilatoren-sind so angeordneti
daß eine genaue Temperatureinstellung über die ganze Ofenlänge sowie eine definierte
Ofenraumatmosphäre gewährleistet sind. Das erste Lufteinblasrohr befindet sich dort,
wo die intensive Einwirkung des Zentralbrenners endet. Der Zentralbrenner 12 wird
reduzierend betrieben; in seinem Einwirkungsbereich findet also nur eine im Verhältnis
zum übrigen Ofenteil geringe Temperaturerhöhung statt. Durch eine dosierte Lufteinblasung
wird nur eine bestimmte CO-Menge verbrannt und damit die Temperatur niedrig gehalten.
-
Je nach Material kann die Hauptreduktionszone auf den Einwirkungsbereich
eines oder mehrerer Lufteinblasrohre der Mantelventilatoren.ausgedehnt werden. Die
eingeblasene Luftmenge wird also mengenmäßig so eingestellt, daß die Temperatur
des aus dem Bereich des Zentralbrenners kommenden Materiales gehalten wird. Die
eigentliche Reduktionszone wird auf diese Weise verlängert.
-
Erst wenn der gewünschte Reduktionsgrad erreicht ist, wird die Luft
zugabe durch die Mantelventilatoren so bemessen, daß durch Verbrennung der durch
die Reduktion und durch die reduktive Brennereinstellung in der Ofenatmosphäre befindlichen
brennbaren Gase die Temperatur so weit erhöht wird, daß ein Aufschmelzen des beigemischten
Bindemittels (Schlackebildners) erfolgt. Die auftretende Schmelze hat die Funktion
eines Bindemittels zur Pelletierung bzw. Agglomerierung des reduzierten,feinkörnigen
Erzes. Aus diesem Grunde muß die Schmelze eine geeignete VLskosität aufweisen, wie
sie z.B. eine Schlacke
mit.46 FeO, 38% SiO2 und 16% CaO bei 14000C
aufweist.
-
Die Auswahl der Zusammensetzung des Bindemittels geschieht nicht
nur unter Berücksichtigung einer geeigneten Viskosität, sondern auch im Hinblick
auf die Schlackenführung bei der anschließenden Verarbeitung des reduzierten Erzes
im metallurgischen Prozeß. Das Bindemittel ist zweckmäßig sowohl aus Schlackenbildnern
als auch aus den Metalloxyden der zu pelletierenden Erze zusammengesetzt. Dadurch
ist gewährleistet, daß das Bindemittel nur teilweise als Ballaststoff eingeht. Die
Zusammenstellung der Bindemittelzusammensetzung erfolgt speziell für das Jeweils
zu verarbeitende Erz, wobei die im Erz vorhandene Gangart bei der Zusammenstellung
des Bindemittels berücksichtigt wird. Diese Berücksichtigung der Gangart erfolgt
Jedoch nur dann, wenn sie zur Schmelzbildung nutzbar gemacht werden kann. Dies ist
abhängig vom Verwachsungsgrad der Gangart mit dem Erz sowie von der mineralogischen
Form, in der die Gangart vorliegt.
-
Der Schlackenbildner kann dem Erz vor der Aufgabe in den Wärmetauscher
zugeführt oder an der Materialeinlaufseite zugemischt werden. Weiterhin ist auch
die Zugabe über Einiauföffnungen am Ofenmantel möglich. In dieser Pelletier- bzw.
Agglomerierzone tritt eine Pelletierung bzw. Agglomerierung ein, die in gewissem
Sinne vergleichbar ist mit dem Vorgang in Pelletiertrommeln, die bei der Herstellong
von Grünpellets eingesetzt werden.
-
Der restliche Ofenteil dient dann zur Verfestigung der anfänglich
nur lockeren Agglomerate bzw. Pellets.
-
Der Betrieb des Drehrohrofens im Gleichstrom erscheint am geeignetsten.
Es ist Jedoch auch möglich, den beschriebenen Prozeß in einer Anlage durchzuführen,
die aus einem Wärmetauscher und einem im Gegenstrom betriebenen Drehrohrofen besteht.
-
Es kann vorteilhaft sein. dep Drehrohrofen mit einem am us razsenae
des Ke o ens' Staurand auszurüsten, um einen zu raschen Materialaustrag zu verhindern
und auf diese Weise die Nachrollierzeit zu verlängern. Eine eventuell erforderliche
Verstärkung der Materialbewegung in einzelnen Zonen des Ofens ist mittels einer
Vergrößerung des Durchmessers des Drehrohres in diesen Zonen möglich.
-
Der Reduktionsprozeß kann bei bestimmten Erzen so geführt werden,
daß das Erz nach Verlassen der Reduktionszone keine bzw. nur ganz geringe Mengen
an Restkohlenstoff enthält. Dies ist beispielsweise bei der Weiterverarbeitung von
Chromerz in Elektro-Reduktionsofen wünschenswert.
-
Bei anderen Erzen kann es dagegen zweckmäßig sein, daß das Fertiggut
noch gewisse Mengen an eingeschlossenem Kohlenstoff enthält. Bei Herstellung von
vorreduzierten Eisenerzpellets als Einsatzstoff für den Schachtofenbetrieb kann
man beispielsweise die Kohlenstoffmenge im Agglomerat bzw. Pellet so hoch halten,
wie Kohlenstoff als Reduktionsmittel im weiteren Reduktionsprozeß benötigt wird.
Durch diese Verfahrensweise ist es einerseits möglich, minderwertige, an sich für
den Verhüttungsprozeß ungeeignete Kohlenstoffträger, wie Braunkohle, nutzbar zu
machen und andererseits teueren Koks als verwendete einzusparen bzw. hierdurch das
z.Zt. Erdöl zu ersetzen.
-
Das reduzierte Erz kann gekühlt oder zwecks direkter Weiterverarbeitung
heiß transportiert werden. Schließt sich keine direkte Weiterverarbeitung an, so
wird das Material in einem konventionellen Indirektkühler auf eine Temperatur gekühlt,
bei der keine augenblickliche Reoxydation erfolgt.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden noch anhand einiger
Beispiele näher erläutert.
-
Beispiel 1 Zur Verwendung kam ein gangartarmes Chromerzkonzentrat
("Transvaal") mit folgender chemischer Zusammensetzung: Cr203 45,3 % FeO 25,0 %
Al203 15,9 % SiO2 2,3 % CaO 0,2 % MgO 10,0 % P 0,002 % H20 3,55 % Dieses Beispiel
zeigt, daß eine Agglomeration auch ohne wesentliche Beteiligung der Erzgangart durch
Zugabe eines geeigneten Bindemittels möglich ist.
-
Das Chromerzkonzentrat wurde zunächst vermahlen und lag für den Versuch
in folgender Körnung vor:
Kornbild: , > 32/u 35,6 % > 40/u
26,4 % s63JU 12,2 % >90,u 3,0 % >200/1 0,01 % Blainezahl: 2246 cm2/p Als Bindemittel
wurde aus Walzenzunder, Normsand und Wülfrather Kalkstein eine Mischung zusammengestellt,
die aus 46% FeO, 38% SiO2 und 16% CaO bestand. Nach einer gemeinsamen Vermahlung
der Bindemittelkomponenten auf 3380 Blaine wurde dem Chromerzkonzentrat 5% Bindemittel
zugesetzt. Als Reduktionsmittel diente aufgemahlener Kcks, der entsprechend einer
C-fix-Menge von 20% dem Erz-Bindemittelgemisch zugefügt wurde. Dieses Aufgabegut
wurde im Vorwärmer auf 900°C vorgewärmt und vorreduziert, um dann im Drehrohrofen
mittels eines Gasbrenners auf die aus wirtschaftlicher Sicht erforderliche Reduktionstemperatur
von 1330 0C erhitzt zu werden. Da in diesem Beispiel die wirtschaftliche Reduktionstemperatur
von 13300 C oberhalb der zur Agglomeration notwendigen Temperatur lag, liefen Reduktion
und Agglomeration gleichzeitig ab. Nach erfolgter Reduktion gelangten die Agglomerate
zwecks Nachverfestigung in die Nachrollierzone des Ofens und von dort aus in einen
Indirektkühler zur Vermeidung einer Reoxydation.
-
Das nach Abkühlung vorliegende Fertiggut wies folgende Qualität auf:
Metallisierung
in %
| A B C |
| Metallisierung Fe % 88,8 95,7 88,6 |
| Metallisierung Cr % 78,5 87,9 73,5 |
| C gesamt % 3,51 3,32 3,46 |
| C carbidisch % 2,93 2,99 2,90 |
Druckfestigkeiten kp/Pellet Fertiggut: (Pelletdurchmesser 10 -12,5 mm)
| A B C |
| 38,0 54,0 26,0 |
| 41,0 86,0 52,0 |
| 42,0 40,0 46,0 |
| 41,0 24,0 42,0 |
| 36,0 60,0 49,0 |
| 42,0 70,0 55,0 |
| 38,0 46,0 30,0 |
| 55,0 86,0 54,0 |
| 40,0 66,0 27,0 |
| 34,0 54,0 38,o |
| kp/Pellet 40,7 ) 58,6 41,9 |
max.
-
Fallhöhe 10(2,00) 10(2,00) 9(2,00)
Beispiel 2 Russisches
Manganerz mit folgender chemischer Analyse: MnO2 MnO Mn Fe203 Al203 SiO2 CaO MgO
BaO 62 7 45 2,3 1,0 11,0 2,0 0,5 0,5 P S H 20 0>19 0,04 13s5 wurde auf 3900 cm2/p
vermahlen. Dies entsprach dem Kornbild: ) 32 ju 68,2 % > 40 /u 61,1 % > 63
/u 44,1 % > 90 /u 31,5 % > 200 /u 9,6 % > 300 /u 4,2 % > 500 /u 2,2
% Diesem aufgemahlenen Erz wurde das gleiche Bindemittel in der gleichen Menge und
Aufmahlung wie im Beispiel 1 zugegeben und als Reduktionsmittel 18% C-fix in Form
von aufgemahlenem Koks zugesetzt. Das homogen vermischte Aufgabegut wurde dem Vorwärmer
aufgegeben und in diesem auf 900°C unter gleichzeitiger Vorreduktion vorgewärmt.
Nach Eintritt in den Drehrohrofen wurde die Material-Temperatur durch einen zusätzlichen
Gasbrenner auf 10500C, der Reduktionstemperatur, erhöht. Nach einer entsprechenden
Verweilzeit in der Reduktionszone gelangte das noch feinkörnig verbliebene Gemisch
aus reduziertem Erz, Bindemittel, Koksasche und Restkohle in die Agglomerierzone.
-
In dieser Zone wurde die Materialtemperatur auf 11200C gesteigert,
was ein Aufschmelzen des Bindemittels zur Folge hatte. Infolge der durch die Ofendrehung
verursachten Materialbewegung im Ofeninnern, bildeten sich kleine Agglomerate, die
sich miteinander verklebten und somit zu größeren, himbeerförmigen Agglomeraten
anwuchsen. Der Durchmesser dieser 1,Himbeeren1? konnte über die Ofendrehzahl beeinflußt
werden.
-
Eine röntgenographische Durchschnittsanalyse des Fertiggutes ergab,
daß an Manganoxyden nur Mangan (II)-oxyd und Mangan (II,III)-oxyd in folgender Verteilung
vorlagen: MnO = 71,0% Mn304 = 9,4% Die Druckfestigkeit des Fertiggutes lag für Agglomerate
zwischen 20-25 mm bei: 130 90 110 115 100 120 130 110 95 100 100 kp/Agglomerat
Alle
geprüften Agglomerate überstanden einen Sturz aus über 2 m Fallhöhe.
-
Beispiel 3 In diesem Beispiel wurde das gleiche Erz in der gleichen
Aufmahlung wie im Beispiel 2 eingesetzt. Nur sollte diesmal die im Erz enthaltene
Gangart mit als Bindemittel genutzt werden.
-
Lt. Erzanalyse enthalten 100 kp Erz: 2,4 kp Fe203 = 1,1 kp FeO =
8,86 % 9,57 kp SiO2 = 77,12 g 1,74 kp CaO = 14,02 % Aus dem Dreistoffsystem FeO-CaO-SiO2
ergibt sich, daß eine Erhöhung des FeO-Anteiles in Jedem Falle zu einer Schmelzpunkterniedrigung
führt. Erhöht man beispielsweise den FeO-Gehalt durch Zugabe von Walzenzunder auf
47,5 % und nimmt man ferner an, daß CaO vollständig und SiO2 nur teilweise reagieren,
so kann sich eine Schmelzzusammensetzung einstellen, die etwa der Bindemittelzusammensetzung
der Beispiele 1 und 2 entspricht.
-
Zur praktischen Überprüfung dieser theoretischen Überlegungen wurde
aufgemahlenes Manganerz mit 15,43 kp Walzenzunder/kp Erz versetzt und als Reduktionsmittel
18% C-fix zugemischt. Analog zum Beispiel 2 wurde die Mischung im Vorwärmer auf
9000C vorgewärmt und gleichzeitig vorreduziert, um danach im Drehrohrofen bei 1050C
fertig reduziert zu werden. In der Agglomerierzone
trat oberhalb
von 12000C Schmelze auf und es bildeten sich infolge der Materialbewegung kleine
Agglomerate, die zu "Himbeeren" zusammenwuchsen. Eine röntgenographische Durchschnittsanalyse
des Fertiggutes ergab einen MnO-Gehalt von 70,8% und einen Mn304-Anteil von 9,6s.
-
Die Druckfestigkeit der Agglomerate mit 20-25 mm Durchmesser lag
durchschnittlich bei 160 kp/Agglomerat.
-
Die Sturzfestigkeit entsprach den Angaben des Beispieles 2.
-
Beispiel 4 Wie bereits angeführt, eignet sich das erfindungsgemäße
Verfahren auch zur Produktion vorreduzierter, selbstgängiger Eisenerzpellets als
Einsatzstoff im Schachtofenbetrieb. Z.B. ergaben Versuche mit Malmberget-Feinerz
und Braunkohle, zugesetzte C-fix-Menge = 25%, vorreduzierte Pellets mit einem durchschnitttlichen
Reduktionsgrad von 70S und einem Restkohlenstoffgehalt von N 8%.