DE2428715B2

DE2428715B2 - Verfahren und anlage zur reduktion von feinkoernigem erz

Info

Publication number: DE2428715B2
Application number: DE19742428715
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Chem. Dr.; Schulte Hans-Gerd Dipl.-Ing.; 4735 Enniger; Schaberg Frank Dipl.-Ing. Dr. 4740Oelde Ritzmann
Original assignee: Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1974-06-14
Filing date: 1974-06-14
Publication date: 1976-11-25
Also published as: DE2428715A1; DE2428715C3

Description

im Bereich seiner Guteintragsseite mit einem Zentralbrenner 12 versehen. Sein Gutaustragsende steht über

55 eine Gasleitung 13 mit dem Zyklonvorwärmer 1 in

Verbindung. An diese Gasleitung 13 ist ein Brenner 14 (zur CO-Nachverbrennung) angeschlossen, ferner eine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Düse 15 zur Einführung eines festen oder flüssigen Anlage zur Reduktion von feinkörnigem Erz mit Reduktionsmittels. Der Drehrohrofen 2 ist weiterhin Hilfe eines Reduktionsmittels unter Verwendung 60 mit einer Anzahl von Mantelbrennern bzw. Manteleines Drehrohrofens und eines mit den Ofenabgasen Ventilatoren 16 versehen.

beheizten Schwebegas-Vorwärmers, in dem eine Vor- Zwischen der zweiten Stufe (Wirbelschacht 5) und reduktion des Erzes erfolgt. der dritten Stufe (Zyklone 6,7) des Zyklonvorwärmers 1

Es ist bekannt, feinkörniges Erz im Wirbelschicht- ist ein Anschluß 17 zur Zuführung von Frischluft verfahren und im Retortenverfahren zu reduzieren. 65 vorgesehen.

Diese Verfahren ermöglichen jedoch nur einen satz- Die heißen Abgase des Drehrohrofens 2 (Pfeile 10) weisen Betrieb in kleinen Einheiten und sind wegen durchströmen den Zyklon-Vorwärmer 1 und werden der bei Reduktionstemperatur auftretenden An- auf diese Weise zur Trocknung und Vorwärmung des

Erzes nutzbar gemacht Durch die Eindüsung des so bemessen, daß durch Verbrennung der durch die Reduktionsmittels (öl oder feinkörnige Kohle) in die Reduktion und durch die reduktive Brennereinstellung Gasleitung 13 (mittels der Düse 15) wird eine sehr in der Ofenatmosphäre befindlichen brennbaren Gase gute Vermischung des Reduktionsmittels mit dem die Temperatur so weit erhöht wird, daß ein Auffeinkörnigen Erz erreicht, was den Ablauf der Re- 5 schmelzen des beigemischten Bindemittels (Schlackeduktion beschleunigt Gasreiche Kohle wird in den bildners) erfolgt Die auftretende Schmelze hat die beiden unteren Stufen (Zyklone 3, 4 und V'irbel- Funktion eines Bindemittels zur Pelletierung bzw. schachtS) des Zyklon-Vorwärmers weitgehend abge- Agglomerierung des reduzierten, feinkörnigen Erzes, schwelt Die Schwelgase und die von den Heißgasen Aus diesem Grunde muß die Schmelze eine geeignete mitgerissenen feinsten Kohlenpartikeln werden durch io Viskosität aufweisen, wie sie z. B. eine Schlacke die über den Anschluß 17 zugeführte Frischluft ver- mit 46% FeO, 38% SiO₂ und 16% CaO bei 140O⁰C brannt und auf diese Weise optimal für die Vorwär- aufweist

mung und eine evtl. notwendige Trocknung des Die Auswahl der Zusammensetzung des Binde-Erzes nutzbar gemacht. Da die Verbrennung der mittels geschieht nicht nur unter Berücksichtigung Schwelgase erst in der an den Wirbelschacht 5 an- 15 einer geeigneten Viskosität, sondern auch im Hinblick schliefenden (zu den Zyklonen 6 und 7 der dritten auf die Schlackenführung bei der anschließenden Stufe führenden) Rohrleitung erfolgt, wird die redu- Verarbeitung des reduzierten Erzes im metallurgischen zierende Wirkung dieser Gase in den Zyklonen 3 und 4 Prozeß. Das Bindemittel ist zweckmäßig sowohl aus sowie im Wirbelschacht 5 voll ausgenutzt. Es erfolgt Schlackenbildnern als auch aus den Metalloxyden auf diese Weise eine weitgehende Vorreduktion des 20 der zu pelletierenden Erze zusammengesetzt. Dadurch Erzes vor dem Eintritt in den Drehrohrofen 2. ist gewährleistet, daß das Bindemittel nur teilweise

Bei Verwendung von öl als Reduktionsmittel wird als Ballaststoff eingeht. Die Zusammenstellung der

in gleicher Weise wie bei Feinkohle eine sehr gute Bindemittelzusammensetzung erfolgt speziell für das

Vermischung mit dem Erz erreicht. Das öl umhüllt jeweils zu verarbeitende Erz, wobei die im Erz vor-

die Erzteilchen in einer dünnen Schicht, wodurch die »5 handene Gangart bei der Zusammenstellung des

besten Voraussetzungen für die Reduktion geschaffen Bindemittels berücksichtigt wird. Diese Berücksichti-

werden. Bei hoher Vorwärmung des Erzes im Wärme- gung der Gangart erfolgt jedoch nur dann, wenn sie

tauscher wird das öl zumindest teilweise auf d°r Erz- zur Schmelzbildung nutzbar gemacht werden kann,

oberfläche gecrackt, wobei brennbare, reduzierende Dies ist abhängig vom Verwachsungsgrad der Gangart

Gase entstehen, die in gleicher Weise genutzt werden 30 mit dem Erz sowie von der mineralogischen Form,

wie die Schwelgase der Kohle, die bei der oben- in der die Gangart vorliegt.

erwähnten Einblasung von Feinkohle in die Leitung 13 Der Schlackenbildner kann dem Erz vor der Aufentstehen. Beim Crackvorgang kann sich außerdem gäbe in den Wärmetauscher zugeführt oder an der Spaltungskohlenstoff bilden, der sich auf der Ober- Materialeinlaufseite zugemischt werden. Weiterhin ist fläche der Erzpartikeln ablagert und dadurch den 35 auch die Zugabe über Einlauföffnungen am Ofen-Reduktionsvorgang beschleunigt. mantel möglich. In dieser Pelletier- bzw. Agglomerier-

Das feinkörnige, hocherhitzte und mit Reduktions- zone tritt eine Pelletierung bzw. Agglomerierung ein,

mitteln vermischte Erz gelangt in den Drehrohrofen 2. die in gewissem Sinne vergleichbar ist mit dem Vorgang

An der Materialeintragsseite des Drehrohrofens be- in Pelletiertrommeln, die bei der Herstellung von findet sich ein Gas-, öl- oder Kohlenstaubbrenner 12, 40 Grünpellets eingesetzt werden,

der das Erz-Reduktionsmittel-Gemisch weiter erhitzt Der restliche Ofenteil dient dann zur Verfestigung

und auf der für die Reduktion günstigsten Temperatur der anfänglich nur lockeren Agglomerate bzw. Pellets,

hält. Die im Reduktionsteil des Drehrohrofens 2 Der Betrieb des Drehrohrofens im Gleichstrom

durch Kohleverbrennung und durch die Reduktion erscheint am geeignetsten. Es ist jedoch auch möglich, entstehenden CO-Gase werden mittels Luft, die über 45 den beschriebenen Prozeß in einer Anlage durchzu-

die auf dem Ofenmantel angebrachten Ventilatoren 16 führen, die aus einem Wärmetauscher und einem im

eingeblasen wird, verbrannt. Die Mantelventilatoren Gegenstrom betriebenen Drehrohrofen besteht,

sind so angeordnet, daß eine genaue Temperatur- Es kann vorteilhaft sein, den Drehrohrofen mit

einstellung über die ganze Ofenlänge sowie eine defl- einem Staurand am Austragsendr des Drehofens ausnierte Ofenraumatmosphäre gewährleistet cind. Das 50 zurüsten, um einen zu raschen Materialaustrag zu

erste Lufteinblasrohr befindet sich dort, wo die verhindern und auf diese Weise die Nachrollierzeit

intensive Einwirkung des Zentralbrenners endet. Der zu verlängern. Eine eventuell erforderliche Verstär-

Zentralbrenner 12 wird reduzierend betrieben; in kung der Materialbewegung in einzelnen Zonen des

seinem Einwirkungsbereich findet also nur eine im Ofens ist mittels einer Vergrößerung des Durchmessers Verhältnis zum übrigen Ofenteil geringe Temperatur- 55 des Drehrohres in diesen Zonen möglich,

erhöhung statt. Durch eine dosierte Lufteinblasung Der Reduktionsprozeß kann bei bestimmten Erzen

wird nur eine bestimmte CO-Menge verbrannt und so geführt werden, daß das Erz nach Verlassen der

damit die Temperatur niedrig gehalten. Reduktionszone keine bzw. nur ganz geringe Mengen

Je nach Material kann die Hauptreduktionszone an Restkohlenstoff enthält. Dies ist beispielsweise bei auf den Einwirkungsbereich eines oder mehrerer 60 der Weiterverarbeitung von Chromerz in Elektro-Lufteinblasrohre der Mantelventilatoren ausgedehnt Reduktionsofen wünschenswert. Bei anderen Erzen werden. Die eingeblasene Luftmenge wird also mengen- kann es dagegen zweckmäßig sein, daß das Fertiggut mäßig so eingestellt, daß die Temperatur des aus dem noch gewisse Mengen an eingeschlossenem Kohlen-Bereich des Zentralbrenners kommenden Materials stoff enthält. Bei Herstellung von vorreduzierten gehalten wird. Die eigentliche Reduktionszone wird 65 Eisenerzpellets als Einsatzstoff für den Schachtofenauf diese Weise verlängert. betrieb kann man beispielsweise die Kohlenstoffmenge

Erst wenn der gewünschte Reduktionsgrad erreicht im Agglomerat bzw. Pellet so hoch halten, wie Kohlenist wird die Luftzugabe durch die Mantelventilatoren stoff als Reduktionsmittel im weiteren Reduktions-

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prozeß benötigt wird. Durch diese Verfahrensweise Bindemittelgemisch zugefügt wurde. Dieses Aufgabeist es einerseits möglich, minderwertige, an sich für gut wurde im Vorwärmer auf 900⁰C vorgewärmt und den Verhüttungsgrozeß ungeeignete Kohlenstoffträger, vorreduziert, um dann im Drehrohrofen mittels wie Braunkohle, nutzbar zu machen und andererseits eines Gasbrenners auf die aus wirtschaftlicher Sicht teueren Koks als Reduktionsmittel einzusparen bzw. 5 erforderliche Reduktionstemperatur von 133O°C erhierdurch das z. Zt. verwendete Erdöl zu ersetzen. hitzt zu werden. Da in diesem Beispiel die wirtschaft-

Das reduzierte Erz kann gekühlt oder zwecks liehe Reduktionstemperatur von 133O°C oberhalb

direkter Weiterverarbeitung heiß transportiert wer- der zur Agglomeration notwendigen Temperatur lag,

den. Schließt sich keine direkte Weiterverarbeitung liefen Reduktion und Agglomeration gleichzeitig ab. an, so wird das Material in einem konventionellen io Nach erfolgter Reduktion gelangten die Agglomerate

Indirektkühler auf eine Temperatur gekühlt, bei der zwecks Nachverfestigung in die Nachrollierzone des

keine augenblickliche Reoxydation erfolgt. Ofens und von dort aus in einen Indirektkühler zur

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden Vermeidung einer Reoxydation.

noch anhand einiger Beispiele näher erläutert. Das nach Abkühlung vorliegende Fertiggut wies

. , „ 15 folgende Qualität auf:

Beispiel 1 ^v Zur Verwendung kam ein gangartarmes Chromerz- Metallisierung in %

konzentrat (»Transvaal«) mit folgender chemischer

Zusammensetzung: * ^{B c}

g«°» *5,3% ^a° Metallisierung Fe, % 88,8 95,7 88,6

AUO, "υ!!!!!!!!!!!!!"!""!! U9 % Metallisierung Cr, % 78,5 87,9 73,5 SiO_t 2,3% C gesamt, % 3,51 3,32 3,46

P 0002 V

_H Q ₃'₅₅ y Druckfestigkeiten kp/Pellet Fertiggut:

^% ' ° (Pelletdurchmesser 10 —12,5 mm)

Dieses Beispiel zeigt, daß eine Agglomeration auch

ohne wesentliche Beteiligung der Erzgangart durch 30 A B C

Zugabe eines geeigneten Bindemittels möglich ist. Das Chromerzkonzentrat wurde zunächst vermählen 38,0 54,0 26,0

und lag für den Versuch in folgender Körnung vor: 41,0 86,0 52,0

Kornbild: 42,0 40,0 46,0

3₅₆o₇ 35 41,0 24,0 42,0

264°/ ³⁶>° ⁶⁰O ⁴⁹'°

122V «.0 70,0 55,0

Τη»/ 38,0 46,0 30,0

nni°/ 55,0 86,0 54.0

Ä ⁷- -

Als Bindemittel wurde aus Walzenzunder, Normsand und Wülfrather Kalkstein eine Mischung zusammengestellt, die aus 46% FeO, 38% SiO_t und 16% CaO bestand. Nach einer gemeinsamen Vermahlung der Bindemittelkomponenten auf 3380 Blaine wurde dem Chromerzkonzentrat 5% Bindemittel zugesetzt. Als Reduktionsmittel diente aufgemahlener Koks, der entsprechend einer C-fix-Meage von 20% dem Erz-

kp/Pellet 0407 Max. Fallhöhe 10(2,00)

0 58 6 10(2,00)

0 419 9(2,00)

Beispiel 2

Russisches Manganerz mit folgender chemische! Analyse:

MnO, 62

MnO

Mn 45

Fe₁Oi

2,3

Al₁O, 1,0

SO₂ 11,0

MgO 0,5

BaO QJS

P 0,19

S 0,04

H₁O 13,5

wardeasf 290Qcm^p vermählen. Dies entsprach dem KoTnbBd:

Diesem ue Eg wnTde das gleiche Bmdemittel i& der gleichen Menge and Atfmalihrag wie im Beispiel 1 zugegeben aod als Reduktionsmittel 18% G4&. ia Form von >» Koks zugesetzt venmsclite Atifiyrtiegm wuide dem

Vorwänner aufgegeben und in diesem anf 900⁰C unte ^eicteeitiger Vorrednktioa vojgewärmt. Nach Eintrit ia des Drehrohrofen wurde die Material-Temperate dan* einen OTsätzEcben Gasbrenner auf lOSTC, de itedeuteupeuii, erhöht. Nach emer ent spreclieBdea Verweflzeit m der Rednktioaszone ge langte das noch feinkörnig verbüebene Gtanisch an reduziertem Bxz, Bindemittel, Koksasche end Rest kääe in die AggtomerierzOTe. Ia dieser lerns vnad die MateriaJtemperatnraof 1120⁰C gesteuert, was ei Anfschmelzea des Bmdeoiit^s zur Folge halte. Ia folge der durch die Ofendrehung verursachten Mate rialbewegung im Ofeninnern bildeten sich klein Agglomerate, die sich mitemaader verklebten o» sonnt ze gröBeren, lainbeerfön

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anwuchsen. Der Durchmesser dieser »Himbeeren« Aus dem Dreistoffsystem FeO-CaO-SiO₂ ergibt

konnte über die Ofendrehzahl beeinflußt werden. sich, daß eine Erhöhung des FeO-Anteiles in jedem

Eine röntgenographische Durchschnittsanalyse des Falle zu einer Schmelzpunkterniedrigung führt. Erhöht Fertiggutes ergab, daß an Manganoxyden nur Man- man beispielsweise den FeO-Gehalt durch Zugabe gan(Il)-oxyd und Mangan(II, Ill)-oxyd in folgender 5 von Walzenzunder auf 47,5% und nimmt man ferner Verteilung vorlagen: an, daß CaO vollständig und SiO₂ nur teilweise

71 O¹V reagieren, so kann sich eine Schnielzzusammensetzung

g'4 y einstellen, die etwa der Bindemittelzusammensetzung

⁴ der Beispiele 1 und 2 entspricht.

Die Druckfestigkeit des Fertiggutes lag für Agglo- io Zur praktischen Überprüfung dieser theoretischen merate zwischen 20—25 mm bei: Überlegungen wurde auf gemahlenes Manganerz mit

15,43 kp Walzenzunder/kp Erz versetzt und als

130 Reduktionsmittel 18%C-fix zugemischt. Analog zum

90 Beispiel 2 wurde die Mischung im Vorwärmer auf

HO 15 900⁰C vorgewärmt und gleichzeitig vorreduziert,

115 um danach im Drehrohrofen bei 1050⁰C fertig redu-

100 ziert zu werden. In der Agglomerierzone trat oberhalb

12° von 1200⁰C Schmelze auf, und es bildeten sich infolge

130 der Materialbewegung kleine Agglomerate, die zu

HO 2o »Himbeeren« zusammenwuchsen. Eine röntgenogra-

95 phische Durchschnittsanalyse des Fertiggutes ergab

100 einen MnO-Gehalt von 70,8% und einen Mn₃O₄-An-

0 100 kp/Agglomerat ^{teil von 9},6%.

Die Druckfestigkeit der Agglomerate mit 20—25 mm

Alle geprüften Agglomerate überstanden einen 25 Durchmesser lag durchschnittlich bei 160 kp/Agglo-Sturz aus über 2 m Fallhöhe. merat. Die Sturzfestigkeit entsprach den Angaben des

_ . ... Beispieles 2.

Beispiel 3 ^v TJ- r.··! jj 1 · 1. i- j Beispiel4

In diesem Beispiel wurde das gleiche Erz in der

gleichen Aufmahlung wie im Beispiel 2 eingesetzt. 30 Wie bereits angeführt, eignet sich das erfindungs-

Nur sollte diesmal die im Erz enthaltene Gangart mit gemäße Verfahren auch zur Produktion vorredu-

als Bindemittel genutzt werden. zierter, selbstgängiger Eisenerzpellets als Einsatzstof

_T _ . , . ..„, _ im Schachtofenbetrieb. Zum Beispiel ergaben Ver

Laut Erzanalyse enthalten 100 kp Erz: _{suche mit} Malmberget-Feinerz und Braunkohle, züge

2,4 kp Fe₂O₃ = 1,1 kp FeO 8,86% 35 setzte C-fix-Menge = 25 %, vorreduzierte Pellets mi

9,57 kp SiO₂ 77,12% einem durchschnittlichen Reduktionsgrad von 70/·

1,74 kp CaO 14,02% und einem Restkohlenstoff gehalt von ~ 8 %.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

backungen recht störanfällig. Da ferner das fein- Patentansprüche: körnige Fertigprodukt dieser Reduktionsverfahren äußerst reoxydationsempfindlich ist, muß eine Heiß-

1. Verfahren zur Reduktion von feinkörnigem brikettierung vorgenommen werden, die aufwendig ist, Erz mit Hufe eines Reduktionsmittels unter Ver- 5 da unter Schutzgas bei hoher Temperatur gearbeitet wendung eines Drehrohrofens und eines mit den werden muß.

Ofenabgasen beheizten Schwebegas-Vorwärmers, Es ist ferner ein Verfahren zur Reduktion von fein-

in dem eine Vorreduktion des Erzes erfolgt, d a- körnigem Erz unter Verwendung eines Drehrohrofens durch gekennzeichnet, daß das Re- und eines mit den Ofenabgasen beheizten Schwebegasduktionsmittel in die vom Drehrohrofen zum Vor- io Vorwärmers bekannt (DT-AS 12 63 793), bei dem das wärmer führende Gasleitung eingeführt wird. feinkörnige Reduktionsmittel dem Drehrohrofen auf-

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der gegeben wird. Der wesentliche Teil der Reduktions-Schwebegas-Vcrwärmer durch einen mehrstufigen arbeit muß infolgedessen im Drehrohrofen geleistet Zyklonvorwärmer gebildet wird, dadurch gekenn- werden. Nur dann, wenn das Drehrohrofenabgas zeichnet, daß die zur Verbrennung des Reduktions- 15 CO-haltig ist, erfolgt eine gewisse Vorreduktion des mittels erforderliche Frischluft zwischen zwei Erzes im Vorwärmer.

Stufen des Zyklonvorwärmers in diesen eingeführt Bei der Reduktion von feinkörnigem Erz im Drehwird, rohrofen ist es schließlich auch bekannt (vgl. GB-PS

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 9 33 529 sowie DT-AS 12 26 124), das Reduktionsgut zeichnet, daß der Drehrohofen, in dem das Erz 20 im Drehrohrofen zu agglomerieren,
fertigreduziert sowie unter Zugabe eines Binde- Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein mittels pelletiert wird, im Gleichstrom von Gut Verfahren der eingangs genannten Art dahin weiterund Gas betrieben wird und die Temperatur- zuentwickeln, daß der Drehrohrofen von einem großen steuerung in den einzelnen Zonen des Drehrohr- Teil der Reduktionsarbeit entlastet wird und infolgeofens durch eine über die Ofenlänge dosierte Luft- *5 dessen Kleiner dimensioniert werden kann,
zuführung erfolgt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- daß das Reduktionsmittel in die vom Drehrohrofen zeichnet, daß der auf der Guteintragsseite des zum Vorwärmer führende Gasleitung eingeführt wird. Drehrohrofens angeordnete Zentralbrenner redu- Auf diese Weise erfolgt ein wesentlicher Teil der zierend betrieben wird. 30 Reduktion des Erzes bereits im Vorwärmer, so daß der

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- Drehrohrofen entsprechend kleiner dimendioniert zeichnet, daß das Bindemittel, dessen Schmelze werden kann. Dies ermöglicht angesichts der gegeneine geeignete Viskosität besitzt, sowohl Schlacken- über einem Schwebegas-Vorwärmer wesentlich höheren bildner als auch Metalloxyde der zu pelletierenden spezifischen Anlagekosten des Drehrohrofens eine Erze enthält. 35 beachtliche Senkung der gesamten Anlagekosten.

6. Anlage zur Durchführung des Verfahrens Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind nach den Ansprüchen 1 und 3, gekennzeichnet Gegenstand der Unteransprüche und werden im durch einen mehrstufigen Zyklonvorwärmer (1), Zusammenhang mit der Beschreibung eines Auseinen im Gleichstrom betriebenen Drehrohrofen (2) führuvigsbeispieles näher erläutert. Eine Anlage zur sowie eine zwischen dem Gutaustragsende des 40 Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Drehrohrofens und dem Zyklonvorwärmer ver- in der Zeichnung schematisch veranschaulicht,
sehene Gasleitung (13) mit einem Anschluß (15) Die Anlage enthält einen vierstufigen Zyklon-Vorzur Eindüsung des Reduktionsmittels. wärmer 1 sowie einen Drehrohrofen 2. Der Zyklon-

7. Anlage zur Durchführung des Verfahrens Vorwärmer 1 enthält in der untersten Stufe zwei nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn- 45 parallel geschaltete Zyklone 3, 4, in der zweiten Stufe zeichnet, daß zwischen der zweiten und der dritten einen Wirbelschacht 5, in der dritten Stufe zwei Stufe (5 bzw. 6, 7) des vierstufigen Zyklonvor- parallel geschaltete Zyklone 6 und 7 sowie in der wärmers (1) ein Anschluß (17) zur Zuführung von vierten Stufe ebenfalls zwei Zyklone 8 und 9. Die Frischluft vorgesehen ist. Führung der Gase ist durch gestrichelte Pfeile 10,

8. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekenn- 50 die Führung des Gutes durch voll ausgezogene Pfeile 11 zeichnet, daß der Drehrohrofen (2) mit Mantel- veranschaulicht.

Ventilatoren (16) versehen ist. Der im Gleichstrom betriebene Drehrohrofen 2 ist