DE2550761A1 - Verfahren zur herstellung von fluessigem eisen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von fluessigem eisenInfo
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Description
A 335
A 15 751
Anmelder:
Aci§ries RSunies de Burbach-Eich-Dudelange S.A., ARBED
Avenue de la LibertS, Luxembourg
Verfahren zur Herstellung von flüssigem Eisen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Eisen unter gleichzeitiger Gewinnung
eines Gasgemisches,welches zur Vorreduktion des eingesetzten Erzes
benutzt wird.
Im Rahmen der Bemühungen,das Hochofenverfahren und die
durch letzteres bedingten Erzaufbereitungs-Verkokungs- und Frischverfahren durch andere direktere Verfahren zu ersetzen, wurden aus
der Vielzahl der vorgeschlagenen Verfahren bisher lediglich verschiedene Direktreduktionsverfahren verwirklicht. Die Vorschläge/
flüssigen Stahl einer gewünschten Zusammensetzung in einem Verfahrensvorgang aus Eisenerz nach den sog. Schmelzreduktionsverfahren
herzustellen,konnten bisher zu keinem befriedigenden und industriell
verwendbaren Ergebnis geführt werden.
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Gemäss einem bekannten Vorschlag,flüssigen Stahl in einem
Verfahrenschritt zu gewinnen, wird Eisenerz In einem Reduktionsabteil
mit einem reduzierenden Gas umgesetzt und das Reduktionsprodukt in einem an den Reduktionsabteil anschliessenden,kombinierten
Schmelz- und Gaserzeugungsabteil geschmolzen. Dabei wird das Reduktionsgas in dem Gaserzeugungsabteil dadurch erzeugt, dass
mittels einer geeigneten Düse ein beliebiger Brennstoff, wie bspw. Kohle oder ein flüssiges oder gasförmiges Kohlenwasserstoff und
technisch reiner Sauerstoff eingeführt werden. Durch Regelung der Brennstoff- und Sauerstoffzufuhr zur Düse wird versucht,die Zusammensetzung
des Reduktionsgases so zu steuern, dass es auf Eisenerz reduzierend wirkt. Die für den Schmelzprozess des vorreduzierten
Produktes notwendige Wärme wird vorwiegend durch eine gesonderte Heizung am Reaktionsgefäss aufgebracht.
Der dem Brenner zugeführte Kohlenstoffträger wird also im wesentlichen zur Bildung des Reduktionsgases durch unvollständige
Oxydation mit Sauerstoff ausgenutzt. Die Zusammensetzung des aus dem vorreduzierten Material erschmolzenen Bades lässt sich
im Hinblick auf die angestrebte direkte Stahlherstellung, nicht in dem notwendigen Masse beeinflussen, insbesondere werden die
Einwirkungsmoglichkeiten des eingesetzten Brennstoffes auf die Schmelzenzusammensetzung ungenügend ausgenutzt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin,
bei der Einschmelzung von vorreduziertem Material, unter gleichzeitiger
Gewinnung eines zur Vorreduktion des eingesetzten Erzes geeigneten Reduktionsgases aus billigen Brennstoffen, die Reaktionsprozesse
im Bad so zu steuern, dass eine Roheisenschmelze mit dem gewünschten Kohlenstoffgehalt erstellt wird.
Erfindungsgemäss wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass
ein vorzugsweise fester Kohlenstoff träger gemeinsam mit einem reaktiven,
vorzugsweise sich endotherm zersetzenden Medium in einer Zone des Bades tief in dasselbe eingeführt wird, wobei Kohlenstoff
an das Eisen gebunden wird und das Bad mit Kohlenstoff übersättigt wird und dass in einer benachbarten Zone des einer stetigen
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— *β —
Qurchmischung unterzogenen Bades mittels eingeblasenem Sauerstoff
der KohlenstoffÜberschuss in Kohlenmonoxyd übergeführt wird, während
das durch die entstandenen Reduktionsgase in einem anschliessenden Reaktionsraum wenigstens teilweise vorreduzierte Erz in
nächster Umgebung der exothermen Reaktionszone aufgegeben und zum Schmelzen gebracht wird.
Als Kohlenstoffträger können grundsätzlich alle fossilen
Brennstoffe verwendet werden. Insbesondere kommen aber feste Brennstoffe, wie nicht zur Verkokung geeignete Steinkohlen, Anthrazite
und Lignite ohne kostspielige Aufbereitung im unveredelten und ungeformten Zustand zum Einsatz. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform
werden die Brennstoffe im fein- bis staubförmigen Zustand in Suspension in dem ebenfalls in das Bad einzuführenden
reaktiven Medium, wie etwa Wasserdampf, Kohlendioxyd, bzw. ein stark kohlendioxydhaltiges Abgas, oder ein Kohlenwasserstoff, in
die Schmelze eingeblasen. Dabei geht der Kohlenstoff in das Bad, wobei soviel davon an das Eisen gebunden wird, dass dessen Kohlenstoffgehalt
wenigstens 3% beträgt, während die flüchtigen Bestandteile der Kohle gespalten werden und zusammen mit den Spalt- und
Reaktionsprodukten des reaktiven Medium in die Abgase gehen.
In der an die Aufkohlungszone angrenzenden Kohlenstoffverbrennungszone
wird technischer Sauerstoff mit wenigstens einer zur Durchdringung der Schlackenschicht notwendigen Energie auf
das Bad geblasen. Dabei wird ein von der Sauerstoffzufuhr abhängiger Anteil des an das Eisen 'gebundenen Kohlenstoffs in Kohlenoxyd
übergeführt. Durch Regelung der Kohlenstoff- und Sauerstoffzufuhr kann der Kohlenstoffgehalt des geschmolzenen Produktes auf den gewünschten,
für Roheisen üblichen Wert eingestellt werden.
Die sich in dem Reaktionsraum bildenden Gase, die sich zum überwiegenden Teil aus in der Aufkohlungszone gebildetem Wasserstoff
und aus in der Sauerstoffeinblaszone entstehendem Kohlenoxyd,
in den für die Erzreduktion notwendigen Mengen zusammensetzen, werden auf möglichst kurzem Wege einer Erz-Direktreduktionsanlage
zugeführt. Die Zusammensetzung der Reduktionsgase wird vor-
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■iff*-
teilhafterweise kontinuierlich überwacht, sodass durch Regeln der
Zufuhrmengen an Kohle, Wasserdampf und Sauerstoff das gewünschte CO/H2 Verhältnis, das in Volumenprozent ausgedrückt nicht grosser
als etwa 3 sein sollte, aufrechterhalten wird.
Das durch Einwirkung des warmen CO/KL· Gemisches vorreduzierte
Erz wird seinerseits in den Schmelz- und Gaserzeugungsreaktor eingeführt. Die Aufgabe erfolgt direkt in die Sauerstoffeinblaszone
oder in die unmittelbare Nähe dieser Zone in welcher überschüssige Wärme zum Schmelzen zur Verfügung steht. Die Aufgabe
kann beispielsweise durch das Mittelrohr einer aus mehreren konzentrischen Rohren bestehenden gekühlten Lanze, durch welche auch der
Sauerstoff eingeblasen wird, in das Bad befördert werden.
Das noch in dem vorreduzierten Produkt enthaltene, sowie bei dem Sauerstoffblasen zusätzlich gebildete Eisenoxyd wird
in dem durchwirbelten Bad durch den darin gelösten Kohlenstoff weitgehendst reduziert. Eine ausreichende Durchmischung der Schmelze
kann in vielen Fällen bereits durch die kinetische Energie der durch die mit einer geeigneten Neigung angeordneten Lanzen eingeblasenen
Medien erzielt werden. Zusätzliche Durchmischungsmöglichkeiten, wie bspw. eine am Schmelz- und Gaserzeugungsgefäss vorgesehene
Induktionsspule, empfehlen sich besonders dann, wenn in das Mauerwerk eingelassene Düsen zur Einführung der gasförmigen Medien
vorgesehen sind.
Da der Kohlenstoffgehalt des geschmolzenen Produktes
durch Regelung der Brennstoff- und Sauerstoffzufuhr auf für Roheisen übliche Werte eingestellt wird, bleibt die Temperatur in
dem Schmelzraum auf verhältnismässig tiefen Werten, sodass sich keine Probleme hinsichtlich der Haltbarkeit der feuerfesten Auskleidung
des jReaktionsraumes ergeben, wie dies bei allen direkten
Stahlherstellungsverfahren aus Erz oder aus vorreduzierten Produkten der Fall ist.
Das geschmolzene kohlenstoffhaltige Roheisen, das infolge der intensiven Durchmischung im Reaktor mit Schlacken gemischt
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bleibt, wird in einen Trennbehälter, welcher bspw. ein vorherdähnliches
Gefäss sein kann, abgelasser. Das Roheisen, wird von dort
aus der Weiterverarbeitung auf Stahl zugeleitet. Das im Reaktor verbleibende Roheisen dient zugleich als Wärmespeicher, Wärmeübertragungsmittel
und Reaktionsvermittler.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass sich der Schwefelgehalt des Bades, auch bei der Verwendung von
minderwertigerer Steinhohle mit hohem Schwefelgehalt, durch Zugabe von feingemahlenen schwefelbindenden Schlackenbildnern soweit
herabsetzen lässt, dass sich das Roheisen gewöhnlich ohne Nachentschwefelung auf Stahl weiterverarbeiten lässt. Bei dem Einsatz von
Brennstoffen mit hohem Aschengehalt empfiehlt es sich allerdings mit Rücksicht auf das Schlackenvolumen im Innern des Reaktors eine
Teilnachentschwefelung im Trenngefäss durchzuführen.
Das Verfahren eignet sich insbesondere für den kontinuierlichen Betrieb. Die Zufuhr der Einsatzstoffe, sowie das Ablassen
der Schmelze und der Schlacke, bzw. deren Emulsion, erfolgen also vorzugsweise ohne Unterbrechung.
Nach vorliegender Erfindung werden also durch die Schaffung verschiedener Reaktionszonen und durch die vorübergehende
Einbringung eines Kohlenstoffüberschusses in das Bad optimale Reaktionsbedingungen
geschaffen, sodass einerseits, durch den Einsatz billiger und minderwertiger Brennstoffe und gasbildender Materialien,
ein hochwertiges Reduktionsgas erhalten wird und andererseits, durch die direkte Weiterverarbeitung des durch Reduktion
von Erz mit dem Reaktionsgas erhaltenen Produktes, eine Eisenschmelze mit einstellbarem Kohlenstoffgehalt erzeugt wird. Da die
Arbeitstemperatur gegenüber Schmelzreduktionsverfahren tief gehalten
werden kann, bleibt der Verschleiss der feuerfesten Auskleidungsstoffe in annehmbaren Grenzen.
Eine Durchführungsmöglichkeit der Erfindung ist nachstehen anhand einer Zeichnung näher erläutert:
Das kombinierte Schmelz- und Gaserzeugungs-, sowie Di-
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rektreduktionsverfahren kommt in einer Anlage zur Ausübung, deren wesentlichste Bestandteile ein Schmelzofen (1) und eine nach einem
der bekannten Prinzipien arbeitende Direktreduktionsvorrichtung sind.
Der mit einer feuerfesten Auskleidung (2) ausgestattete Schmelzofen (1) begreift einen das Schmelzprodukt aufnehmenden
Herd (3), sowie einen an einen Gasabzug (5) angeschlossenen Deckel (4) .
Herd (3), sowie einen an einen Gasabzug (5) angeschlossenen Deckel (4) .
Die Einsatzstoffe werden beispielsgemäss durch lanzenartige Aufgabevorrichtung in den Reaktionsraum eingeführt.
Eine erste wassergekühlte Lanze (70) durchsetzt die hintere Seitenwand des Herdes (2)und reicht bis unmittelbar auf die
Badoberfläche. Sie ist schräg angeordnet, sodass die eingeblasenen Produkte dem Bad eine auf das Abstichloch (6) gerichtete Bewegungskomponente aufzwingen. Die Höhe dieser Lanze kann durch Aenderung der Einstecktiefe den Schwankungen des Badspiegels angepasst werden.
Badoberfläche. Sie ist schräg angeordnet, sodass die eingeblasenen Produkte dem Bad eine auf das Abstichloch (6) gerichtete Bewegungskomponente aufzwingen. Die Höhe dieser Lanze kann durch Aenderung der Einstecktiefe den Schwankungen des Badspiegels angepasst werden.
Ausser dem in der äusseren Ringleitung (71) zirkulierenden Kühlwasser werden dieser Lanze (70) noch das kohlenstoffhaltige
Material und das hier aus einem CO/CO2/H2 Abgasgemisch bestehende
Einblasmedium zugeführt. Die eingesetzte feingemahlene Kohle wird aus einem Vorratsbehälter (73) über ein in seiner Förderleistung
kontinuierlich regelbares Zellenrad (74) in das zentrale Lanzenrohr (72) eingeschleust. Das über eine Verlängerung (75) des
Zentralrohres (72) in regelbarer Menge ebenfalls in dasselben eingelassene Abgas reisst die Kohlenteilchen mit sich, sodass beide
genügend tief in das Bad eindringen.
Zentralrohres (72) in regelbarer Menge ebenfalls in dasselben eingelassene Abgas reisst die Kohlenteilchen mit sich, sodass beide
genügend tief in das Bad eindringen.
Eine zweite wassergekühlte Lanze (80) durchsetzt die
Ofendecke (4) senkrecht und reicht in einem zwischen der Lanze (70) und dem Abstichloch (6) liegenden Bereich bis in den Badbereich.
Ofendecke (4) senkrecht und reicht in einem zwischen der Lanze (70) und dem Abstichloch (6) liegenden Bereich bis in den Badbereich.
Die Zufuhr des vorreduzierten Materials erfolgt hier
durch ein in der Lanze (80) zentralangeordnetes und an die Granu-
durch ein in der Lanze (80) zentralangeordnetes und an die Granu-
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lometrie des vorreduzierten Materials (Fe/Fe O) angepasstes Fallrohr
(83) , das direkt oder über einen Vorratsbunker mit warmem Material gespeist wird. Zwischen dem Zentralrohr (83) und der äusseren
das Kühlwasser führenden Ringleitung (81) ist eine mittlere Ringleitung (82) vorgesehen durch welche Sauerstoff mit grosser
Energie auf das Bad aufgeblasen wird. Desweiteren kann bspw. Kalk zum Abbinden der Kohlenasche und des Schwefels, sowie ggf. Erzkonzentrat
zur Kontrolle der Temperatur kontinuierlich, bzw. diskontinuierlich beigesetzt werden.
Beide Lanzen (70) und (80) sind höhenverstellbar und sind daher zweckmässigerweise mittels Gasdichtungen gegenüber der
Ofenwand abgedichtet.
Der aus dem Aufkohlungsbereich in den Sauerstoffaufblasbereich herübergelangte Schmelzenteil unterliegt hier der Einwirkung
des Sauerstoffes, wobei der überschüssige Anteil an gelöstem
Kohlenstoff in Kohlenmonoxyd übergeführt wird und in Gasform entweicht.
Das eingeführte vorreduzierte Material schmilzt in der,
überschüssige Wärme enthaltenden Sauerstoffaufblaszone und vermischt
sich mit dem restlichen Bad.
Das in dem Aufgabegut noch enthaltene unreduzierte Eisenoxyd
geht in die Schmelze über und unterliegt bei dem Kontakt mit dem im Bad gelösten Kohlenstoff einer direkten Reduktion.
Das kohlenstoffhaltige Eisen läuft durch den Ueberlauf (6) aus dem unteren Bereich der Schmelze in dem Masse aus, wie
sich die Schmelze neu bildet, sodass dessen Volumen permanent konstant bleibt. In einem vorherd- oder mischerähnlichen Gefäss wird
das Eisen, je nach Analyse des eingesetzten Brennstoffes und Reaktionsführung
ggf. noch entschwefelt und vollständig von der Schlak· ke getrennt. Letztere kann sofort granuliert werden, während das
Roheisen kontinuierlich oder periodisch der· Weiterverarbeitung zugeführt
wird,
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Das in dem Reaktionsraum entstandene überwiegend aus einem CO/H2 Gemisch bestehende Gas wird über den Gasabzug (5) und
eine ggf. angeschlossene Gasmengen- und -temperaturausgleichvorrichtung direkt in eine Direktreduktionsanlage bekannter Art übergeleitet.
Die von der Direktreduktionoder einem anderen Prozess
herrührenden Abgase, können nach ggf. zwischengeschalteter CO2-u/o
H2O-Wäsche in den Schmelz- und Gaserzeugungsreaktor zurückgeführt
werden.
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Claims (12)
1) Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen unter gleichzeitiger
Gewinnung eines Gasgemisches welches zur Vorreduktion des eingesetzten Erzes benutzt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Kohlenstoffträger gemeinsam mit einem reaktiven Medium in einer Zone des Bades tief in dasselbe eingeführt wird,
wobei Kohlenstoff an das Eisen gebunden wird und das Bad mit Kohlenstoff übersättigt wird, und dass in einer benachbarten
Zone des einer stetigen Durchmischung unterzogenen Bades mittels eingeblasenem Sauerstoff der Kohlenstoffüberschuss in
Kohlenmonoxyd übergeführt wird, während das durch die entstandenen Reduktionsgase in einem anschliessenden Reaktionsraum
wenigstens teilweise vorreduzierte Erz in nächster Umgebung der exothermen Reaktionszone aufgegeben und zum Schmelzen gebracht
wird.
2) Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein
fester Kohlenstoffträger in feinteiligem Zustand in einem endotherm
reagierenden Medium suspendiert und gemeinsam mit demselben durch eine Lanze ins Innere des Bades eingeführt wird.
3) Verfahren gemäss den Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr des Kohlenstoffträgers und des reaktiven Mediums
mit hoher Energie und schräg in Bezug auf die Badoberfläche erfolgt, sodass sich die Schmelze von dem Aufgabepunkt
weg bewegt.
4) Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet,
dass in der Kohlenstoffverbrennungszone ein auf den Kohlenstoff
überschuss des Bades berechnetes Volumen Sauerstoff mit einer solchen Energie aufgeblasen wird, dass zumindestens
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- ν* -it
die Schlackenschicht durchdrungen wird.
5) Verfahren gemäss den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Volumina der in den beiden Reaktionszonen gebildeten Gase, sowie das Verhältnis der CO- und I^-Mengen durch Steuerung
der Aufgabemengen des Kohlenstoffträgers und des reaktiven Mediums geregelt werden.
6) Verfahren gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis CO/H2 kleiner als 3 ist.
7) Verfahren gemäss den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsgase dem Reduktionsprozess auf direktem Weg
und im warmen Zustand zugeführt werden.
8) Verfahren gemäss den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass das zu schmelzende vorreduzierte Produkt in das Zentrum
des Sauerstoffaufblasbereiches aufgegeben wird.
9) Verfahren gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff und das vorreduzierte Produkt durch eine aus mehreren
konzentrischen Rohren bestehende Lanze in die Schmelze eingeführt werden.
10) Verfahren gemäss den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass schlackenbildende und schwefelabsorbierende Produkte in
die Schmelze eingeführt werden.
11) Verfahren gemäss den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet,
dass kontinuierlich aus der Tiefe des Bades ein Schmelzenteil abgelassen wird.
12) Verfahren gemäss den Ansprüchen 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass die vollständige Trennung der Schlacke von der Schmelze
ausserhalb des Schmelz- und Gaserzeugungsreaktors vollzogen wird.
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