DE2501182A1

DE2501182A1 - Verfahren zur direktreduktion von eisenoxydhaltigen materialien im drehrohrofen

Info

Publication number: DE2501182A1
Application number: DE19752501182
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Reuter; Wolfram Dipl Ing Schnabel
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1975-01-14
Filing date: 1975-01-14
Publication date: 1976-07-15
Also published as: GB1532969A; AU498225B2; IT1054732B; CA1069313A; AU8678475A; IN143905B; TR18932A; NL7513171A; BR7508574A

Description

METALLGESELLSCHAFT Frankiurt/M., 12.-Dezember 1974 Aktiengesellschaft Schr/HGa 6000 Frankfurt/M.

prov. Nr. 7561 LC

Verfahren zur Direktreduktion von eisenoxydhaltigen Materialien im Drehrohrofen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Direktreduktion von eisenoxydhaltigen Materialien, vorzugsweise Eisenerzen, zu Schwammeisen unterhalb des Erweichungs- und Schmelzpunktes der Beschickung in einem Drehrohrofen mittels fester kohlenstoffhaltiger Reduktionsmittel, wobei der Drehrohrofen im Gegenstrom zwischen Beschickung und Strömungsrichtung der Ofenatmosphäre betrieben, mindestens ein Teil der festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel in agglomerierter Form in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert wird, und sauerstoffhaltige Gase in den Drehrohrofen geleitet werden.

Die Verwendung von hochreaktiven festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmitteln mit hohem Anteil an flüchtigen Bestandteilen hat den Vorteil, daß die Reaktionsgeschwindigkeit gesteigert wird, die flüchtigen Bestandteile zur Reduktion und zur Wärmedeckung im Drehrohrofen benutzt und billige Reduktionsmittel verwendet werden können. Jedoch tritt dabei das Problem auf, die in der Nähe des Beschickungsendes freiwerdenden flüchtigen Bestandteile noch im Drehrohrofen nutzbringend verwenden zu können und den Austrag an feinkörnigem Reduktionsmittel im Abgas des Drehrohrofens gering zu halten.

Aus diesem Grund wird beim Einsatz solcher Reduktionsmittel zumindestens ein beträchtlicher Teil dieser

609829/046$ ~ ² "

Reduktionsmittel vom Austragsende des Drehrohrofens eingeblasen oder eingeschleudert und über eine bestimmte Länge des Drehrohrofens verteilt (GB-PS 1 222 123; GB-PS 1 307 869; "Stahl und Eisen", 85 (1965), S. 1375; AU-AS 423 616). Dadurch wird auch ein großer Teil der flüchtigen Bestandteile im hinteren Teil des Drehrohrofens freigesetzt und kann im Drehrohrofen nutzbringend verwendet werden. Bei diesen Verfahren muß jedoch eine sehr genaue, definierte und gleichbleibende Verteilung des Reduktionsmittels über die einzelnen Zonen des Drehrohrofens erfolgen, da sonst Schwankungen der Temperatur, des Druckes und der Gaszusammensetzung auftreten und zu Betriebsstörungen führen. Zur Erzielung der erforderlichen Verteilung des Reduktionsmittels ist deshalb eine ständig gleichmäßige Korngrößenverteilung erforderlich. Bei der Zugabe eines Teiles des Reduktionsmittels mit großem Anteil an flüchtigen Bestandteilen in das Beschickungsende des Drehrohrofens können die im ersten Teil des Drehrohrofens freigewordenen flüchtigen Bestandteile nicht oder nur zu einem geringen Teil im Drehrohrofen nutzbringend verwendet werden.

Es ist auch bekannt, den aus dem Ofenaustrag abgetrennten Überschuß an kohlenstoffhaltigem Material vor der Rückführung in das Beschickungsende des Drehrohrofens zu pelletieren, damit er zumindestens einen Teil der Ofenlänge ohne Zerfall übersteht und die Austragsverluste im Abgas gering gehalten werden (GB-PS 1 264 452), Diese Arbeitsweise ermöglicht zwar eine Senkung des Austragsverlustes bei der Rückführung des abgeschwelten Überschußkohlenstoffs, gibt aber keinen Hinweis auf die Lösung der oben beschriebenen Probleme.

Aus der US-PS 3 097 090 ist es bekannt, neben feinkörniger Kohle als Überschußkohle stückige oder pelletierte Kohle in den Drehrohrofen zu chargieren. Die stückige Kohle soll dabei als Schutzschicht die Oberfläche der Beschickung bedecken. Sie wird nach dem Absieben aus dem Ofenaustrag

609829/0465 - 3 -

_ 3 —

wieder zurückgeführt. Die Verwendung von hochreaktiven Kohlen mit hohem Anteil an flüchtigen Bestandteilen ist nicht erwähnt und würde auch zu hohen Gehalten an flüchtigen Bestandteilen im Abgas führen.

Aus der GB-PS 1 110 667 ist es bekannt, verkokte Kohlepellets mit flüssigen Kohlenwasserstoffen zu tränken und dann in Zonen des Drehrohrofens zu chargieren, wo die Beschickung bereits eine Temperatur von mindestens 600°C hat. Dazu ist ein Einblasen oder Einschleudern oder eine Zugabe durch den Mantel des Drehrohrofens erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einsatz von hochreaktiven Kohlen mit hohem Anteil an flüchtigen Bestandteilen in technisch einfacher und wirtschaftlicher Weise zu ermöglichen, ohne daß die oben genannten Nachteile der bekannten Verfahren auftreten. Insbesondere sollen die flüchtigen Bestandteile weitgehend im Drehrohrofen nutzbringend verwendet, die Austragsverluste an festem Reduktionsmittel im Abgas gering gehalten, ein gleichmäßiger Ofengang und hohe Durchsatzleistungen erzielt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß hochreaktive feste kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel mit einem Gehalt von 20 - 50 % an flüchtigen Bestandteilen in agglomerierter Form in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert und mit einer Geschwindigkeit aufgeheizt werden, daß sie im wesentlichen in und bis zum Ende der Aufheizzone des Drehrohrofens in eine feinkörnige Korngröße zerfallen.

Die sauerstoffhaltigen Gase - im allgemeinen Luft - können mittels auf der Ofenlänge verteilten Mantelrohren und/oder in einem Strahl vom Austragsende des Drehrohrofens eingeblasen werden. Hochreaktive feste kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel mit einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von 20 - 50 % sind bevorzugt Braunkohlen und subbituminöse

609029/0465 - 4 -

Kohlen. Die Agglomeration kann durch Pelletieren oder Brikettieren erfolgen. Die Größe der Agglomerate liegt bevorzugt im Bereich von etwa 1 "bis 7 cm. Es können auch Bruchstücke von Agglomeraten verwendet werden. Der Zerfall der Agglomerate in und bis zum Ende der Aufheizzone des Drehrohrofens wird so gesteuert, daß auf der ganzen Länge der Aufheizzone ein Zerfall erfolgt und nicht alle Agglomerate bereits im Anfangsteil der Aufheizzone vollständig zerfallen. Die Re"uktionszone beginnt etwa an der Stelle des Drehrohrofens, wo die Temperatur der Beschickung die Reduktionstemperatur erreicht hat und praktisch konstant bleibt. Natürlich tritt auch vor der so definierten Reduktionszone bereits eine Reduktion zu niederen Eisenoxyden ein. Der Zerfall in der Aufheizzone soll auf eine für die Reduktion günstige Korngröße erfolgen, d.h. möglichst klein und unter 5 mm und auf jeden Fall unter 8 mm. Ein geringer Zerfall oder ein weiterer Zerfall in der Reduktionszone stört nicht.

Eine vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die hochreaktiven festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel in Form von Briketts in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert werden. Briketts sind sehr gut geeignet und lassen sich wirtschaftlicher herstellen als Pellets, weil die verwendeten Reduktionsmittel in der nach der Trocknung vorliegenden Korngröße ohne Zusatz von Bindemitteln brikettiert werden können und nicht erst auf Pelletierfeinheit zerkleinert und unter Zusatz von Bindemitteln pelletiert werden müssen. Die Brikettierung kann bei der Temperatur erfolgen, mit der die Kohle aus dem Trockner austritt bzw. auf die sich die Kohle bis zum Eintritt in die Pressen abkühlt. Die Briketts treten etwa mit 40 - 6O°C aus den Pressen aus. Bevorzugt wird eine zylindrische Form verwendet.

Eine Ausgestaltung besteht darin, daß ein Teil des festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels vom Austragsende des Drehrohrofens im Gleichstrom mit der Strömungsrichtung der

609829/0465 - 5 -

Ofenatmosphäre eingeblasen wird. Dadurch kann ein Schutz des erzeugten Schwämmeisens in der Endzone der Reduktionszone erreicht werden, auch wenn nur noch sehr wenig Kohlenstoff in der Beschickung vorhanden ist. Der erforderliche Kohlenstoff Überschuß im Austragsmaterial kann gering gehalten werden.

Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Stückgröße des agglomerierten festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels 1 bis 7 cm beträgt. Dieser Größenbereich ergibt sehr gute Betriebsbedingungen.

Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß Aufheizgeschwindigkeit des agglomerierten Reduktionsmittels in der Aufheizzone des Drehrohrofens 7 bis 15 °C/min, vorzugsweise 9-12 °C/min, beträgt. Bei dieser Aufheizgeschwindigkeit wird die Schwelung der Agglomerate des Reduktionsmittels im Vergleich zu denselben nicht-agglomerierten Reduktionsmitteln verzögert, wodurch eine gleichmäßigere Schwelung über die Aufheizzone verteilt erfolgt. Dadurch ist der Wärmeverbrauch geringer. In diesem Bereich erfolgt der Zerfall des agglomerierten Reduktionsmittels in besonders günstiger Weise. Außerdem ergeben sich in diesem Bereich geringere Staub- und Abbrandverluste.

Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, daß die Temperatur der Beschickung in der Reduktionszone 900 - 950 ⁰C beträgt. Bis zu diesem Temperaturbereich findet weitgehend die Entgasung der flüchtigen Bestandteile der Agglomerate des Reduktionsmittels statt. Dadurch erreicht der EU-Gehalt in dem entgasten Reduktionsmittel seinen höchsten Wert beim Erreichen der Reduktionszone. In der Reduktionszone tritt dann die Vergasung des Reduktionsmittel» ein und die Vergasungsprodukte werden für die Reduktion in der Reduktionszone optimal ausgenutzt. Außerdem wird bei diesen Temperaturen eine ausreichende Schwelkoksfestigkeit für die weitere Ofenreise in der Reduktionszone erzielt.

609829/046 5 -6-

Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, daß der Kohlenstoffgehalt im Austragsmaterial des Drehrohrofens unter 2 Gew.%, vorzugsweise unter 1 Gew.%, bezogen auf den Einsatz an eisenoxydhaltigem Material liegt. Dadurch wird die Abtrennung des KohlenstoffüberSchusses aus dem Austragsmaterial vereinfacht oder sogar überflüssig. Falls eine Abtrennung erfolgt, kann das kohlenstoffhaltige Material in den Drehrohrofen zurückgeführt werden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, daß ein reaktionsträges festes kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel in einer Menge bis zu etwa 0,1 Gew.% Kohlenstoff pro 1 Gew.% Fe, bezogen auf den Einsatz an eisenoxydhaltigem Material, in den Drehrohrofen chargiert wird. Der Zusatz des reaktionsträgen Reduktionsmittels kann in das Beschickungsende des Drehrohrofens oder durch Einblasen vom Austragsende erfolgen. Das reaktionsträge Reduktionsmittel v/ird nahezu ohne Abbrandverluste und Staubverluste im Kreislauf geführt. Dadurch wird eine Verarmung von Kohlenstoff in der Beschickung im letzten Teil des Drehrohrofens vermieden und der aus Sicherheitsgründen erforderliche Kohlenstoff Überschuß kann gering gehalten werden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, daß eine reduzierende Flamme in der Endzone der Reduktionszone aufrecht gehalten wird. Auch hierdurch kann der aus Sicherheitsgründen erforderliche Kohlenstoffüberschuß gering gehalten werden. Die reduzierende Flamme kann durch einen mit Öl oder Gas und Luftunterschuß betriebenen Zentralbrenner erzeugt werden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, daß mindestens 80 % des hochreaktiven festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels in agglomerierter Form in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert werden. Mit diesem Einsatz werden besonders gute Betriebsbedingungen erzielt.

609829/046 5

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, feste hochreaktive kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel in wirtschaftlicher und technisch einfacher Weise einzusetzen, wobei die flüchtigen Bestandteile optimal im Drehrohrofen ausgenutzt werden können, die Staubverluste im
Abgas gering sind und optimale Betriebsbedingungen mit hohem Durchsatz erzielt werden können.

609829/046 5

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Direktreduktion von eisenoxydhaltigen Materialien, vorzugsweise Eisenerzen, zu Schwammeisen unterhalb des Erweichungs- und Schmelzpunktes der Beschickung in einem Dreheohrofen mittels fester kohlenstoffhaltiger Reduktionsmittel, wobei der Drehrohrofen im Gegenstrom zwischen Beschickung und Strömungsrichtung der Ofenatmosphäre betrieben, mindestens ein Teil der festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel in agglomerierter Form in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert wird, und sauerstoffhaltige Gase in den Drehrohrofen geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß hochreaktive feste kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel mit einem Gehalt von 20 - 50 % an flüchtigen Bestandteilen in agglomerierter Form in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert und mit einer Geschwindigkeit aufgeheizt werden, daß sie im wesentlichen in und bis zum Ende der Aufheizzone des Drehrohrofens ' in eine feinkörnige Korngröße zerfallen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochreaktiven festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel in Form von Briketts in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels vom Austragsende des Drehrohrofens im Gleichstrom mit der Strömungsrichtung der Ofenatmosphäre eingeblasen wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stückgröße des agglomerierten festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels 1 bis 7 cm beträgt.

_ 2 609829/0465

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizgeschwindigkeit des agglomerierten Reduktionsmittels in der Aufheizzone des.
Drehrohrofens 7 bis 15 °C/min, vorzugsweise 9- - 12°C/min, beträgt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Beschickung in der
Reduktionszone 900 - 95O°C beträgt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt im Austragsmaterial des Drehrohrofens unter 2 Gew.%, vorzugsweise unter

1 Gew.%, bezogen auf den Einsatz an eisenoxydhaltigem
Material liegt.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein reaktionsträges festes kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel in einer Menge bis zu etwa
0,1 Gew.% Kohlenstoff pro 1 Gew.% Pe bezogen auf den
Einsatz an eisenoxydhaltigem Material in den Drehrohrofen chargiert wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine reduzierende Flamme in der Endzone
der Reduktionszone aufrecht gehalten wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 80 % des hochreaktiven festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels in agglomerierter Form in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert werden.

609829/O46S