DE2507140C2

DE2507140C2 - Verfahren und Einrichtung für die Reduktion von Eisenerzen

Info

Publication number: DE2507140C2
Application number: DE2507140A
Authority: DE
Inventors: Sven Hofors Santen
Original assignee: SKF GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1974-02-20
Filing date: 1975-02-19
Publication date: 1985-08-14
Also published as: DE2507140A1; FR2261342A1; IT1030180B; US4019895A; SE7402210L; JPS5549122B2; CA1043574A; SE395714B; JPS50119701A; FR2261342B1; BR7500998A; GB1496412A

Description

zierung der eingesetzten Eisenerze einerseits, Vorwärmung von festen, stückigen Reduktionsmitteln andererseits getrennt erfolgen, wobei sich in beiden Gutströmen unterschiedliche Parameter einstellen lassen woraus die betriebssichere Verfahrensführung resultiert Das Reaktionsgas, welches heiß in die festen Reduktionsmittel eingeführt wird, erfährt hier gleichzeitig eine Verbesserung seiner Zusammensetzung in bezug auf die im Oberofen ai.gestrebte Reduktion. Durch Einstellung

ter Weise mit den Einlaßstutzen 7 und den Gasauslässen vom Unterofen 2 verbunden, was bedeutet, daß die Gase, welche den Unterofen 2 verlassen, durch die Aufnahmebehälter 9 und dem darin gelagerten festen, stückigen Reduktionsmittel strömen, bevor sie durch die Anschlußleitungen 6 in den Oberofen 1 gelangen. Hier erwärmt sich das Reduktionsmittel bevor es in den Unterofen 2 gelangt, wobei sich das Reduktionsgas auf etwa 650 bis 10W)⁰C erhitzt. Die Gase können entweder frei

der Plasmabrenner einerseits, der Vorbehandlung der io durch das Reduktionsmittel strömen oder sie können

Eisenerze andererseits und außerdem der Vorbehandlung der festen, stückigen Reduktionsmittel lassen sich ohne Schwierigkeiten auch bei unterschiedlichen Einsatzstoffen stabile Betriebsverhältnisse einstellen. Darüber hinaus wird gegenüber den bekannten Verfahrensweisen der Energieaufwand reduziert, weil die über die Plasmabrenner eingeführte Energie zunächst für die Reduktion genutzt und das abziehende Reaktionsgas bezüglich seiner fühlbaren Wärme zur Vorbehandlung der festen, stückigen Reduktionsmittel als auch im Öberoten sehr vollständig ausgenutzt wird, und zwar bei gleichzeitiger Verbesserung in bezug auf Qie chemische Zusammensetzung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ledig-

durch spezielle Wärmetauscher strömen, welche in den Aufnahmebehältern 9 vorgesehen werden.

Der Unterofen 2 hat an seinem Boden einen behälterförmigen Abschluß 12, in dem sich das geschmolzene Roheisen sammelt Der Abschluß 12 besitzt einen Roheisenabzug 13 und einen Schlackenabzug 14. Oberhalb des Abschlusses 12 sind Plasmabrenner 15 für die Zuführung einer zusätzlichen Energie zur Endreduktionszone und zur Schmelzzone vorgesehen. Die Plasmabrenner 15 führen dem Unterofen 2 ,arch elektrische Energie erhitztes Gas zu. Es ist auch möglich, die Plasmabrenner 15 mit einem Reduktionsgas zu beschicken. In diesem Zusammenhang ist es ferner möglich, unmittelbar in den Plasmabrennern 15 ein Reduktionsgas zu

lieh ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung 25 erzeuger z. B. durch die Zuführung von Sauerstoff und ausführlicher erläutert Die einzige Figur zeigt in sehe- Kohlenwasserstoff, die miteinander reagieren, wobei z. matischer Darstellung eine Einrichtung zur Durchfüh- B. Kohlenmonoxid und Wasserstoffgas entstehen rung des erfindunijsgemäßen Verfahrens. Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren

Diem der Zeichnung dargestellte Einrichtung besteht zur Herstellung von flüssigem Roheiseii aus Eisenerz aus zwei übereinander angeordneten Schachtofen, von 30 näher beschrieben: Das oxidhaltige Rohmaterial gelant denen der Oberofen 1 als Vorwärmezone mit einer sich - vorzugsweise in Klumpenform — über die Erzaufgaanschließenden Vorreduktionszone und der Unterofen be 3 in den Oberofen 1. Danach wird es durch die aus 2 als endgültige Reduktionszone mit einer sich anschlie- den nachfolgenden Verfahrensschritten aufsteigenden ßenden Schmelzzone ausgebildet ist. Der Oberofen 1 Gase vorgewärmt, vorzugsweise auf eine Temperatur bildet zusammen mit dem Unterofen 2 eine Einheit und 35 zwischen 600 und HOO⁰C. Die Verbrennungsluft wird

zwar derart, daß einerseits die Reduktionsgase, die den -■- ■■ -

Unterofen 2 verlassen, in den Oberofen 1 eintreten können, und daß andererseits, die Beschickung, die in dem Oberofen 1 vorgewärmt und vorreduziert wird, in den Unterofen 2 gelangen kann.

Der Oberofen 1 hat an seinem oberen Ende eine Erzaufgabe 3, durch die dieser beschickt wird. Unterhalb der Erzaufgabe 3 befinden sich Abgasabzugsöffnungen

4. Darunter sind Einlasse 5 angeordnet, die zum Einbla-

zu diesem Zweck durch die Einlasse 5 zugeführt. Für den Fall, daß das Reduktionsgas für die gewünschte Vorwärmung nicht, ausreichen sollte, kann ein zusätzlicher Brennstoff zusammen mit der Verbrennungsluft 40 zugeführt werden. Das Gas, das den Oberofen 1 durch die Abgasabzugsöffnungen 4 verläßt, hat sowohl seinen chemischen als auch seinen physikalischen Energiegehalt beim Verlassen des Oberofens abgegeben. Das Abgas besteht hauptsächlich aus CO₂. H₂O u"d N₂ und hat sen von Verbrennungsluft und möglicherweise von zu- 45 eine Temperatur von weniger als 500° C. sätzlichen Brennstoffen zum Verbrennen des aus dem Nach dem Vorwärmen wird das Rohmaterial mittels

Unteroien 2 kommenden Reduktionsgases dienen. Im des Reduktionsgases, das aus den Anschlußleitungen 6 unteren Teil des Oberofens 1 befinden sich Anschlußlei- kommt, vorreduziert. Das Gas besteht hauptsächlich tungen 6. durch die das aus dem Unterofen 2 kommende aus Kohlenmonoxid oder einer Mischung aus Kohlen-Reduktionsgas in den Oberofen 1 eingeblasen wird. An 50 monoxid und Wassentoffgas. Das vorreduzierte Rohder rechten Anschlußleitung 6 ist ein Einlaßstutzen 7 material wird dann der endgültigen Reduktionszone irr. vorgesehen, durch den gegebenenfalls ein zusätzliches '' - - Reduktionsgas dem Oberofen 1 zugeführt wird. Am Boden des Oberofens 1 sind Beschickwalzen 8 vorgesehen,
die zur Beschickung des Unterofens 2 mit dem vorredu· 55
zierten Material des Oberofens 1 dienen.

Im Bereich des Übergangs von dem Oberofen 1 zum
Unterofen 2 ist beidseitig je ein Aufnahmebehälter 9
nach der Art eines Bypasses angeordnet, in denen jeweils ein festes, stückiges Reduktionsmittel, Vorzugs- 60 gültige Reduktion und das Schmelzen im Unterofen 2 weise Koks oder Holzkohle, gelagert ist. Die Aufnahme- findet dann bei einer Temperatur Zwischen 800 und

Unterofen 2 über die Beschickwagen S zugeführt. Diese Be'chi<.kv;alzen 8 bestehen aus zwei gegenläufig sich drehenden Walzen. Dem so in den Unterofen 2 gelangten Rohmaterial wirü dann das in den Aufnahuebehältern 9 gelagerte feste, stückige Reduktionsmittel zugegeben. Die Größe dieser Stücke ist vorzugsweise so gewählt, daß mindestens 90% des Reduktionsmitteis einen Durchmesser von mehr als 7 mm aufweist. Die end-

behälter 9 weisen Einlaßklappen 10 auf, durch die das feste, stückige Reduktionsmittel und beispielsweise auch Schlackenbildner in die Aufnahmebehälter 9 eingegeben werden können. Am Boden der Aufnahmebehälter 9 befindet sich jeweils Schieber il, mit denen das feste, stückige Reduktionsmittel in den Unterofen 2 geschoben wird. Die Aufnahmebehälter 9 sind in geeigne-

3000⁰C statt. Bei der Reduktion von Eisenoxid mittels fester Kohle bildet sich ein Reduktionsgas, das hauptsächlich aus CO besteht und das wie vorstehend be-6ä schrieben wird.

Das Reduktionsmittel wird dem Ofen 2 in einer solchen Menge zugeführt, daß die Mischung aus oxidhaltigem Rohmaterial und dem festen, stückigen Reduk-

tionsmitte! in geeigneter Konsistenz — hauptsächlich hinsichtlich eier Permeabilität — vorliegt und daß die endgültige Reduktion des oxidhaltigen Rohmaterials vollständig ist. Um den Energiebedarf bei der endgültigen Reduktion und beim Schmelzen decken zu können, muß zusätzliche Energie zugeführt werden. Diese Energie wird durch einen gasförmigen Energieträger zugeführt, was eine sehr wirkungsvolle Energiezufuhr darstellt, weil dadurch die gesamte Gasströmung unterstützt wird. Für die Zufuhr dieser Energie dienen die Plasmabrenner 15. Da Plasmabrenner 15 mit einer elektrischen Energie gespeist werden, kann die Energiezufuhr genau eingestellt werden, so daß das erfindungsgemäße Verfahren stets mit einem optimalen Wirkungsgrad ablaufen kann. Für den Fall, daß das zugeführte feste, stückige Reduktionsmittel zur vollständigen Reduktion nicht ausreichen sollte, kann dem Verfahren em zusätzliches Reduktionsgas zugeführt werden. Dieses kann über den Einlaßstutzen 7 erfolgen.

Bei der Herstellung von flüssigem Roheisen aus Roteisenstein unter Verwendung von Koks als festem, stükkigem Reduktionsmittel beträgt der theoretisch am besten geeignet Vorreduktionsgrad für eine optimaJe Gasausnutzung ungefähr 50%. Ein derartiger Vorreduktionsgrad setzt eine zusätzliche Zuführung ein«r Energie und eines Reduktionsgases zum Verfahren voraus, was auf die vorstehend beschriebene Art und Weise durchgeführt werden kann. Es ist auch möglich, das Verfahren bei einem niedrigeren Vorreduktionsgrad durchzuführen, was bedeutet, daß eine zusätzliche Zuführung eines Reduktionsgases entfallen kann. Allerdings steigt dadurch der Verbrauch an Koks und Zusatzenergie. Eis ist aber dann erforderlich — zum Zwecke der Erreichung einer optimalen Gasausnutzung — daß der Vorwärmstufe ein zusätzlicher Brennstoff zugeführt wird.

Davon ausgehend, daß das zugeführte oxidhaltige Rohmaterial eine Temperatur von 0° hat, besitzt das abgehende flüssige Roheisen 3% C und eine Temperatur von etwa 1500⁰C. Hierbei beträgt die Gasausnui:- zung im Verhältnis zum Gleichgewicht 90%, der Wirkungsgrad der elektrischen Einrichtung 80%, der Kohlegehalt des Koks 86% und der Wirkungsgrad der Vorwärmstufe beträgt 70%. Für die Erzeugung von einer Tonne Roheisen aus Roteisenstein benötigt man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren etwa 220 kg Koks und 20 kg Kohlenwasserstoff zur Reduzierung, ferner 50 kg Kohlenwasserstoff zum Vorwärmen sowie 17 Nm³ Sauerstoffgas und schließlich 1020 kWh elektrsche Energie. Die Gesamtenergiezuführung von Kok:>, Kohlenwasserstoff und Elektrizität beträgt dabei etwa 2,7 Gcal. Als Vergleich kann erwähnt werden, daß bei einem Hochofenverfahren der Energieverbrauch pro Tonne Roheisen etwa 3,8 Gcal beträgt; bei einem Schwammeisenverfahren mit Schmelzen beträgt der Energieverbrauch dagegen etwa 4,2 Gcal pro Tonn« Roheisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren für die Reduktion von Eisenerzen in einem zweistufigen Schachtofen, aus dem Roheisen unten flüssig abgezogen wird, wobei die Eisenerze dem Oberofen aufgegeben und nach dem Passieren des Oberofens in den Unterofen eingeführt werden, wobei ferner das Reduktionsgas in den Unterofen mit Hilfe von Plasmabrennern eingeführt wird, die in die Schüttung hineinbrennen, und das entstehende Reaktionsgas in den Oberofen überführt wird, in dem die Eisenerze vorreduziert werden, dadurch gekennzeichnet, daß außer den vorreduzierten Eisenerzen über oberhalb des Unterofens (2) angeordnete Behälter (9) feste, stückige Reduktionsmittel eingeführt werden, die zusammen mit den vorreduzierten Eisenerzen in dem Unterofen (2) eine Schüttung bilden, und daß das aus dem Unterofen (2) abströmen^eGas zunächst durch die festen, stückigen Reduktionsmittel in den Behältern (9) geleitet und danach in den Oberofen (1) eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Oberofen ein zusätzliches Reduktionsgas eingeführt wird.

3. Verfahren nach einem det Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich in den Oberofen ein Brennstoff eingeführt wird.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit

Oberofen mit Erzeufgabe.
Unterofen mit Rohe'senabzug

und in den Unterofen hineinbrennenden eliektrischen Plasmabrennern, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Ofenaggregates aus Unterofen (2) und Oberofen (1) Aufnahmebehälter (9) für die festen, stückigen Reduktionsmittel angeordnet sind, die durch Beschick- und Bypassleitungen mit dem Unterofen (2) in Verbindung stehen, und daß die Aufnahmebehälter (9) mit Hilfe von Anschlußleitun· gen (6) für das durch die stückigen Reduktionsmittel geführte Reaktionsgas an den Oberofen (1) angeschlossen sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Oberofen (1) und Unterofen (2) zwei gegenläufig rotierende Beschickwalzen (8) angeordnet sind.

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren für die Reduktion von Eisenerzen in einem zweisiufigen Schachtofen, aus dem Roheisen unten flüssig abgezogen wird,

wobei die Eisenerze dem Oberofen aufgegeben und nach Passieren des Oberofens in den Unterofen eingeführt werden,

wobei ferner in den Unterofen ein durch elekrische Energie erhitztes Reduktionsgas eingeführt und das entstehende Reaktionsgas in den Oberofen überführt wird, in dem die Eisenerze vorreduziert werden. Die Erfindung bezieht sich fernerhin auf eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Bei dem bekannten gattungsgemäßen Verfahren (GB-PS 13 14 039) findet eine separate Aufgabe von festen, stückigen Reduktionsmitteln in den Unterofen hinein nicht statt Das Reduktionsgas wird aus Sauerstoff bzw. Luft und Kohlenwasserstoff in Brennern erzeugt die zusätzlich eine Einrichtung für eine elektrische Lichtbogenbeheizung aufweisen, aber nicht Plasmabrenner im Sinne der modernen Verfahrenstechnik sind. Plasmabrenner bezeichnet in der modernen Verfahrenstechnik bekanntlich Brenner, die ein Gas durch einen Lichtbogen nicht nur aufheizen, sondern in einen praktisch vollständig ionisierten Zustand versetzen. Im Rahmen der bekannten Maßnahmen werden im übrigen die im Unterofen entstehenden Reaktionsgase unmittelbar in den Oberofen eingeführt, und zwar durch eine Austrittsöffnung des Oberofens, durch die auch die vorreduzierten Erze in den Unterofen gelangen. Den Erzen kann bei der Aufgabe Koks beigemischt werden. Die Einrichtung besteht aus einem Oberofen mit Erzaufgabe, Unterofen mit Roheisenabzug und in den Unterofen hineinbrennenden, elektrischen Lichtbogenbrennern für die Reduktionsgaserzeugung. — Ähnlich liegen die Verhältnisse bei einer Verfahrensweise, bei der im Unterofen ein Ringraum ausgebildet ist, der die Schüttung im Unterofen umgibt, wobei über Düsen Kohle oder andere Brennstoffe und I uft in diesen Ringruum eingeführt werden und im Ringraum auch das Reduktionsgas erzeugt wird (US-PS 31 08 869). - Im Rahmen all dieser bekannten Maßnahmen ist der Energieaufwand erheblieh. Bezogen auf die eingesetzten Erze bzw. das aufgebrachte Roheisen ist der Wirkungsgrad verbesserungsbedürftig. Im übrigen läßt sich im Rahmen der bekannten Maßnahmen die Verfahrensführung nicht betriebssicher unterschiedlichen Betriebsverhältnissen, z. B. unterschiedlichem Einsatzgut, anpassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so zu führen, daß mit verhältnismäßig geringem Energieaufwand anders ausgedrückt mit verbessertem Wirkungsgrad, die Reduktion der Eisenerze durchgeführt werden kann, und zwar bei betriebssicherer Verfahrensführung.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß in den Unteransprüchen örtlich neben den vorreduzierten Eisenerzen feste, stückige Reduktionsmittel (z. B. Koks) eingeführt werden, die zusammen mit den Eisenerzen in dem Unterofen eine Schüttung bilden, daß das Reduktionsgas in den Unterofen mit Hilfe von Plasmabrennern eingeführt wirr!, die in die Schüttung hineinbrennen, unij daß das Reduktionsgas aus dem Unterofen zunächst durch die festen, stück .'en Reduktionsmitlei und danach in den Oberofen eingeführt wird. Im Rahmen der Erfindung liegt es, auch in den Oberofen ein Reduktionsgas oder einen Brennstoff einzuführen.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Einrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, die von der eingangs beschriebenen Einrichtung ausgeht und dadurch gekennzeichnet ist. daß außerhalb des Ofenaggregates aus Unterofen und Oberofen Aufnahmebehälter für die festen, stückigen Reduktionsmittel

so angeordnet sind, die durch Beschick- und Bypassleitun· gen mit dem Unterofen in Verbindung stehen, und daß die Aufnahmebehälter gasseitig über Anschlußleitungen an den Oberofen angeschlossen sind. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung befinden sich zwischen Oberofen und Unterofen zwei gegenläufig rotierende Beschickwalzen.

Die erreichten Vorteile beruhen auf der Tatsache, daß im Rahmen der Erfindung Vorwärmung und Vorredu-