DE2623689C3

DE2623689C3 - Pelletisiertes und gebranntes Einsatzmaterial für Hochöfen und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE2623689C3
Application number: DE2623689A
Authority: DE
Inventors: Kan Kakogawa Aketa; Isao Fujita; Masaharu Okayama Kitajima; Ryo Kobe Watanabe
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1975-05-26
Filing date: 1976-05-26
Publication date: 1985-04-25
Also published as: YU127276A; DE2623689A1; CS212764B2; FR2312567B1; BR7603337A; DE2623689B2; ES448276A1; CA1078621A; FR2312567A1; AU1426776A; IT1061428B; US4129437A; RO76202A; NL7605673A; GB1480325A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein pelletisiertes und gebranntes Einsatzmaterial für Hochöfen gemäß Oberbegriff des Anspguchs 1 sowie auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.

In der Iiteraturstene Chemie-ing.-Teehnik, 30. Jahrgang, I958/Nr.5. Seiten 323—338, sind Grundlagen und Methoden des Granulierens beschrieben. Als Vorgranuliermethoden zur Sintergranulierung mit dem Ziel eines Granulats hoher Festigkeit, z. B. eines Trockenpellets, ist auf den Seiten 331 —336 die sogenannte Aufbaugranulation angegeben, bei der entweder nach Bildung größerer Granulate diese zu Fein- oder Feinstgranulaten zerkleinert und vermählen werden oder aus pulverförmigem, feinem Gut mittels einer Granuliertrommel oder eines Granuliertellers in Form piner kontinuierlichen Aufbaugranulierung ein Granulat durch Agglomerierung gebildet wird, wie Pellets aus Eisenerz. Bei dieser kontinuierlichen Aufbaugranjiation erhalten bei der abrollenden Bewegung die sich bildenden Granulate Kugelform und sie wird z. B. zur Granulierung von Eisenerzen und zur Herstellung von Erzpellets angewandt
In der Literaturstelle »Stahl und Eisen«, Band 79,1959, Seiten 222—225, sind Eisenerz-Pellets für den Hochofenbetrieb beschrieben. Unter Verwendung eines Pelletisiertellers werden Grünpellets hergestellt, die zur Erzielung einer ausreichenden Härte gegen Bruch und Abrieb beispielsweise in einem Schachtofen gehärtet oder gebrannt werden, der in seinem unteren Teil in zwei Ebenen Brechwalzen aufweist, um gelegentlich zusammengesinterte Klumpen zi^r zerbrechen. Zur Härtung der Griinpellets durch Sinterung können auch ein Drehofen oder Sinterbänder verwendet werden.

Aus der Literaturstelle »Metallurgie des Eisens« von Gmelin-Durrer, Band 1, Verlag Chemie, 1964, Seiten 504a, 548a und 171b, ist das Pelletisieren durch zwei wesentliche Merkmale definiert: Herstellung kugeliger Formlinge unter Verwendung von Wasser, gegebenenfalls von Bindemitteln und thermische Behandlung der weichen, leicht zerbrechlichen Formlinge bei Temperaturen nahe dem Erweichung.ibereitl: des jeweiligen Eisenoxidträgers, so daß mechanisch feste, transportfähige, poröse, leicht reduzierbare, individuelle Kugeln, d. h.

Pellets oder Kugelsinter, entstehen, die vor allem den verschiedenen Beanspruchungen im Hochofen gewachsen sind, ohne vorzeitig zu zerfallen. Auch dort wird z-r thermischen Behandlung ein Schachtofen beispielsweise verwendet in dessen unterem Teil Brecherwalzen für das Brechen von zusammengesintertem Material sorgen, das die kontinuierliche Wärmebehandlung zur Erzeugung von festen individuellen Kugeln stört.

Aus »Montan-Rundschau« 1965, Heft 1, Seiten 3—7, ist es zur Aufbereitung von Schlammwasser aus der LD-Konverter-Naßentstaubung bekannt, einen Drehrohrofen zum Glühen eines noch feuchten Filterkuchens zu verwenden. Im ersten Drittels des Drehrohrofens wird der Filterkuchen vorgetrocknet, im zweiten Drittel zerplatzen die sich anfangs durch Abrollen gebildeten Brocken in kleinere Teile und im letzten Drittel crfolgi d:\s Glühen dieser splitgroßen Teile bis zum Beginn des Sinterns. Nach Abkühlung in einer Kühltrommel erhält man Glühpellets mit hoher Festigkeit, die unter Umgehung des Umwegs über den Hochofen direkt wieder in den

so Konverter eingesetzt werden können. Durch die Drehbewegung des Drehrohrofens und der nachgcschaltctcn Kühltrommel sowie der relativen Abrollbewegung der Teilt zueinander erhält man kugelförmige Glühpellcts.

Nach DE-PS 11 70 975 wird in Hochtemperaturverkokungsanlagen od. dgl. anfallender Koks der Behandlung in einer oder mehreren Drehtrommeln unterworfen, um Koksstücke abzurunden. Hierdurch soll eine Verglcichmäßigung der Kokslage erreicht werden.

Die Verwendung von konventionellen Eisenerzpellets mit sphärischer Gestaltung führt zu einer ungleichmäßigen Schichtdickenverteilung zwischen Koks und Pellets im Hochofen, woraus sich eine Verminderung des Reduktionsvorgangs sowie eine Verschlechterung des Wirkungsgrades des Hochofens ergibt.

In den letzten Jahren hat die Erzaufbereitungstechnik im Bereich der eisenerzverarbeitenden Industrie einen bemerkenswerten Fortschritt erzielt, indem die aus Erzlagerstätten abgebauten staub- odeer pulverförmigen Erze bzw. in Verarbeitungsanlagen anfallenden Materialien, etwa Gichtstäube, die bisher üblicherweise weggeworfen wurden, nunmehr bewußt als Eisenrohrmaterial in ähnlicher Weise wie die sonst hauptsächlich in Klumpenform anfallenden Erze im Hochofen aufgearbeitet werden. Dadurch hat sich ihr Wert als Einsatzgut in beträchtlichem Maß gesteigert. Wie allgemein bekannt ist, sind das Sinterverfahren einerseits und das Pcllctierungsverfahren andererseits die zwei hauptsächlichen Verfahren bei dieser Erzaufbereitung. Auf japanische Verhältnisse bezogen entfällt ein Anteil von ungefähr 80% der Gesamtmenge des in Hochöfen verarbeiteten Rohmaterials auf Erze, die nach diesen beiden Verfahren aufbereitet worden sind. Von diesen so aufbereiteten Erzen ist der Produklionsanteil der gesinterten Erze überwältigend hoch; doch nimmt in jüngster Zeil auch der Anteil der Pellets ständig zu, d. h., daß ihr Anteil an den aufbereiteten Erzen nahezu 20% ausmncht. l'.s wurde

bereits eine Großproduktionsanlage für sogenannte selbstgängige Pellets eingerichtet wobei die Peilets hinsichtlich ihres Schlackenanteils zur Erreichung eines wirkungsvolleren Hochofenbetriebs vorweg eingestellt worden sini Es ist bereits eine Anlage mit einem täglichen Ausstoß von 80001 in Betrieb und auch in einigen anderen Anlagen beginnt sich ein Hochofenbetrieb mit einer erhöhten Zumischrate von Pellets gut zu entwikkeln.

Jedoch bringt ein Hochofenbetrieb mit einem hohen Anteil an Pellets im Vergleich zu einem Betrieb mit einem hohen Anteil an gesinterten Erzen nicht immer befriedigende Ergebnisse. Die Pellets besitzen zwar einige Eigenschaften, die sie in mehrerlei Hinsicht gegenüber gesinterten Erzen vorteilhafter machen; insgesamt weisen sie jedoch noch einige Nachteile auf, so daß sie als mindestens teilweise unvollkommen bezeichnet werden müssen. to

Im besonderen sind die den konventionellen Pellets anhaftenden Nachteile der physikalischen Eigenschaft zuzuschreiben, daß diese Pellets eine Kugelform haben, was den Hochofenbetrieb eindeutig negativ beeinträchtigt.

Im einzelnen werden die Gründe dafür nachstehend in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 erläutert Bei Verwendung der Pellets im Hochofenbetrieb werden vorbestimmte Mengen von kugelförmigen Pellets mit einem Durchmesser zwischen 5 und 20 mm sowie Koks als Reduzierungsmittel in jeweils abwechselnder Reihenfolge durch die Beschickungsöffnung 2 in einen Hochofen, wie in F i g. 1 dargestellt eingefüllt, so daß im Hochofen jeweils eine Pelletlage (PL) und eine Kokslage (Cl), d. h. Schicht auf Schicht, übereinander aufgeschüttet sind. Dies bewirkt, daß die im oberen Teil des Ofens aufgeschütteten Schichten in ihrem Zentrn'^ereich eine Einsenkung und in ihrem Randbereich eine Überhöhung aufweisen, woraus sich eine V-förmige Verteilung über den Querschnitt ergibt. Im vorliegenden Fall ^St es jedoch wünschenswert, daß die Pelletlagen (PLJ und die Kokslagen (CL) innerhalb des Hochofens in radialer Richtung gleichmäßig verteilt sind und eine möglichst geringe Abweichung in der Dicke der einzelnen Lagen aufweisen. In der Praxis kann dies jedoch nicht verwirklicht werden, weil Koks und Pellets in ihren physikalischen Eigenschaften zu sehr verschieden sind. Wenn also, wie in F i g. 2 gezeigt, Pellets (P) auf die Kokslage (CL) im Hochoren aufgeschüttet werden, wird bei einem Vergleich mit Koks eine größere Menge an Pellets vom Randbereich zum Zentralbereich fließen mit dem Ergebnis, daß die innerhalb des Hochofens ausgebildete Pelletlage (PL) in ihrem Zentralbereich eine erheblich größere Schichtdicke (U) aufweist, als die Schichtdicke fc) in ihrem Randbereich beträgt, was eine Ungleichmäßigkeit in radialer Richtung verursacht Wenn dann Koks auf solch eine Pelletlage (PL) aufgeschüttet wird, fließt eine geringere Menge an Koks in den Zentralbereich, weil der Koks einen größeren Schüttwinkel als die Pellets aufweist, was dazu führt, daß die innerhalb des Hochofens ausgebildete Kokslage (CL) — im Gegensatz zu den aufgeschütteten Pellets — in ihrem Zentralbereich eine wesentlich geringere Schichtdicke (t\) aufweist als in ihrem Randbereich mit der Schichtdicke (ti), was ebenfalls zu einer ungleichmäßigen Schichtdickenverteilung in radialer Richtung führt Wenn das wiederholt ausgeführt wird, wird sich der Innenraum des Hochofens in einem in F i g. 2 dargestellten Zustand befinden, d. h„ daß dort eine Fehlerverteilung in der Form entsteht daß die Pellets im Zentralbereich und der Koks im Randbereich überschüssig vorhanden sind, so daß die Fließgeschwindigkeit des Gases von unten nach oben im Randbereich größer und im Zentralbereich geringer ist, so wie dies di? I ψ:, nach oben gerichteten Pfeile in Fi g. 2 darstellen. Demzufolge wird auch die Temperatur im Randbereich des I 'ft Hochofens höher liegen als im Zentralbereich, wobei die Menge der erzeugten Reduziergases im Randbereich i| als auch die Reduktionsreaktion des Eisenrohmaterials im Randb.-reich einseitig größer eingestellt ist. jff Die Menge des zum Zentralbereich des Hechofens fließenden geschütteten Materials hängt in hohem Maße jäjj vom sogenannten Schüttwinkel der eingebrachten Materialien ab. Tabelle I zeigt die Schüttwinkol der einge- Q schütteten Materialien und den Neigungswinkel innerhalb des Hochofens. Wie hier dargestellt ist, weist der (i Schüttwinkel der Pellets gegenüber dem von Koks geringere Werte auf; dieser Unterschied ist. verantwortlich S; für die vorstehend beschriebene ungleichmäßige Schüttung im Hochofen. Im Gegensatz dazu liegen die Werte £ für gesintertes Erz im wesentlichen im selben Bereich wie die von Koks, so daß im Fall von gesintertem Erz das $ vorstehend beschriebene Problem kaum auftritt jnd eine gleichmäßige Verteilung der Schichtdicken relativ χ einfach erreicht werden kann. Der Grund, warum Pellets eine solche ungleichmäßige Ausbildung der Schüttung verursachen, liegt darin, daß das Pellet sphärisch, d. h. nahezu kugelig, ausgebildet ist und eine glatte Oberfläche aufweist und daß deshalb sein Oberflächenreibungswiderstand erheblich niedriger ist im Vergleich zu dem von gesintertem Erz oder Koks, welche beide reich an komplizierten Oberflächenunebenheiten sind.

Tabelle I

Wie vorstehend beschrieben wurde, veranlassen sowohl das Hineinfließen der konventionellen Pellets in den Zcrnralbereich des Hochofens als auch die sich daraus ergebende ungleichmäßige Verteilung der Schichtdicke der Kokslagen zu einer Fehlordnung und den Reduziergasstrom zu einer Umlenkung in den Randbereich bzw. zu einer ungleichförmigen und instabilen Ausbildung, wodurch dann ein ungeordneter Hochofenbetrieb, wie /.. B. ein unsymmetrische' Herunterschmelzen des Einsatzgutes im Hochofen, entsteht, was zu einer Verzöge-

Eingeschüttetes	Schüttwinkel	Neigungswinkel
Material	(Grad)	(Grad)
		innerhalb
		des Hochoie· s

Pellet	25-28	20-26
Gesintertes Erz	31-34	29-31
Koks	30-35	33-38

rung der Reduktionsreaktion im Hochofen und zu einer Erniedrigung des Wirkungsgrades des Hochofens führt.

Außerdem unterliegen die Pellets nach ihrem Einfüllen in den Hochofen infolge des Gasstroms einer Vibration oder einer unregelmäßigen Bewegung und werden so in die benachbarte Kokslage einverleibt, was die Dicke dieser Kokslage ungleichmäßig werden läßt, die Durchlässigkeit im Hochofen verändert und das Rcaktionsvermögen des Kokses negativ beeinflußt. So wird es unmöglich, das Erz/Koks-Verhältnis zu steigern, woraus sich eine verringerte Produktivität und ein erhöhter Koksverbrauch ergibt.

Es ist bekannt, daß die Reduktionsreaktion der Pellets von außen nach innen zwar topochemisch fortschreitet; jedoch wird im Bereich der hohen Temperaturen an der Pelletaußenseite eine geschlossene und hartmetallischc Eisenschicht als Reduktionsprodukt gebildet, welche das weitere Eindringen von Reduziergas in das Innere verhindert, so daß ein nichtumgesetzter Kernbereich im Peiletinnern zurückbleibt. Solch ein Nachteil ist insbesondere auf die kugelige Gestalt des Pellets zurückzuführen. Der verbleibende nichtumgcsetztc Teil bewirkt eine Erniedrigung des Erweichungs- und Schmelzpunkts der Pellets und kann auch eine Verschmelzungserscheinung zwischen den Pellets verursachen. Infolge der kugeligen Gestalt der Pellets wird außerdem im Hochofen der Zustand der dichtesten Schüttung erreicht, bei dem nur eine geringe Anzahl von Hohlräumen innerhalb der is Pelletlagen vorhanden ist, wodurch eine derartige Verschmelzung der Pellets noch mehr gefördert wird. Eine solche Verschmelzung der Pelletlagen drückt sich in einer geringeren Durchlässigkeit des Reduziergases aus und erschwert den einwandfreien Betrieb des Hochofens.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Einsatzmaterial und ein Verfahren zur Herstellung desselben zu

schaffen, das einen dem Koks ähnlichen Schüttwinkel und ausgezeichnete Reduktionseigenschaften aufweist, so daß die Schichtdickenverteilung von Einsatzmaterial und Koks im Hochofen einheitlich gestaltet und das

Erz/Koks-Verhältnis verbessert werden kann, wodurch sich ein Anstieg der produzierten Roheisenmenge

erreichen läßt

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch das hauptanspruchsgemäße Einsatzmaterial gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und das Herstellungsverfahren sind in den Unteransprüchen beschrieben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 im Längsschnitt eine Ansicht eines Hochofens, wobei die Verteilung von Pellets und Koks, die in den Ofen als Ausgangsmaterialien eingefüllt worden sind, dargestellt ist

F i g. 2 im Längsschnitt eine Ansicht des Beschickungsbereichs des Hochofens, die die Fließcharakteristik der eingefüllten Pellets zeigt, F i g. 3 bis 5 Draufsichten auf typische Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Einsatzmaterials,

F i g. 6 ein Fließschema, das das Herstellungsverfahren für das erfindungsgemäße Einsatzmaterial darstellt,

Fig.7 im Längsschnitt die Ansicht eines Brechers, mit dem der Zerkleinerungsschritt dieses Verfahrens durchgeführt wird,

F i g. 8 ein Diagramm als Ergebnis einer Untersuchung für die Beziehung zwischen dem Mischungsverhältnis und dem Schüttwinkel des erfindungsgemäßen Einsatzmaterials, die mit konventionellen Pellets vermischt wurden,

F i g. 9a und 9b Photographien der äußeren Form des erfindungsgemäBen Einsatzmaterials,

F i g. 10 ein Diagramm für die Beziehung zwischen der Teilchengröße und dem Druckabfall des Reduziergases,

F i g. 11 und 12 Diagramme für die Beziehung zwischen dem Reduktionsgrad des erfindungsgemäßen Einsatzmaterials sowie der konventionellen sphärischen Pellets und der dabei verstrichenen Zeit,

F i g. 13 ein Diagramm für die Beziehung zwischen dem Erz/Koks- Verhältnis und dem Druckabfall,

F i g. 14,15 und 16 Diagramme für die Beziehung zwischen der Produktivität einerseits und dem Druckabfall; dem Verhältnis von geändertem Koksanteil zu produziertem Roheisenanteil; und dem Verhältnis des beim Hochofenbetrieb verbrauchten Brennstoffs zu dem produzierten Roheisen andererseits.

Nach den Fig.3 bis 5, die typische Formen des erfindungsgemäßen Einsatzmaterials zeigen, ist die äußere Form desselben aus einer Kombination von nach außen gewölbten, sphärisch geformten Oberflächen K und Bruchflächen //zusammengesetzt. Die Ausgestaltung in F i g. 3 ist das einfachste Beispiel für ein gebrochenes, in

zwei Hälften zerteiltes sphärisches Teilchen, wobei die Anzahl der sphärisch geformten Flächen K und der

Bruchflächen H -.eweils eins ist. F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform, in der ein sphärisches Teilchen in acht gle: .he Teile zerbrochen wurde, wobei die Anzahl der sphärisch geformten Rächen K eins und die der Bruchflächen H

drei ist Die Ausführungsform der F i g. 5 wurde dadurch erhalten, daß die Kappe und der Boden sowie die

Vorder- und Rückseite eines sphärischen Teilchens in jeweils gleichem Verhältnis weggebrochen wurden, wobei

die äußere Form des Teilchens nunmehr aus zwei sphärisch geformten Oberflächen K, nämlich jeweils einer auf der rechten und einer auf der linken Seite der Zeichnung, sowie vier Bruchflächen H besteht

Die »sphärisch geformte Oberfläche K« entspricht der äußeren Oberfläche der konventionellen Pellets, d. h. einer Oberfläche, die durch das konventionelle Pelletherstellungsverfahren durch Pelletieren und anschließendes Härten, beispielsweise durch Brennen usw., erhalten wurde, wobei diese Oberfläche relativ glatt ist Andererseits handelt es sich bei der »Bruchfläche H« um eine erneut und unabhängig von der geformten Oberfläche hergestellte Oberfläche, die dadurch erhalten wurde, daß ein sphärisches Pellet durch einen physikalischen Schock oder einen chemischen Effekt gebrochen bzw. zerteilt wurde, so daß es reich an Unebenheiten ist

Die F i g. 3 bis 5 zeigen Beispiele für extrem vereinfachte äußere Formen des erfindungsgemäßen Teilchens. In diesen Beispielen ist die Anzahl der Kombinationen zwischen geformten Oberflächen K und Bruchflächen H klein. Es ist aber selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist, sondern daß viele Oberflächenkombinationen möglich sind; im einzelnen können Teilchen nach der vorliegenden Erfindung mit einer etwas größeren Anzahl von Bruchflächen als sehr vorteilhaft betrachtet werden. F i g. 9a, 9b zeigen Photographien der äußeren Form von in der Praxis gebrochenen Teilchen.

Solche Teilchen wurdan dadurch hergestellt daß zunächst ein größeres Pellet mit einer Teilchengröße von

ungefähr 40 mm durch ein konventionelles Verfahren hergestellt wurde, dieses Pellet einem Brennprozeß unterzogen und dann das erhaltene Pellet so gebrochen wurde, daß eine Teilchengröße von ungefähr 15 mm erhalten wurde. Vie aus der gleichen Photographic hervorgeht, weist das gebrochene Teilchen neue Bruchflächen auf, die reich an komplizierten Unebenheiten sind, so daß es die ungewöhnliche Eigenschaft besitzt, daß der Oberflüchcnrcibungswidersiand und die Oberfläche des Teilchens gegenüber den konventionellen sphärischen Pellets beachtlich vergrößert sind.

Nachfolgend soll nun hauptsächlich das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Einsatzmaterials beschrieben werden. F i g. 6 zeigt ein Fließschema mit den einzelnen Verfahrensstufen zur Durchführung des crfindungsgemäßen Verfahrens. Zuerst wird in einer Verfahrensstufe zur Anpassung des Rohmaterials A eine Einstellung des Pellctmaterials in an sich bekannter Weise dadurch erreicht, daß ein Zerkleinern des Erzmaterials. eine Anpassung der Teilchengröße der Bestandteile sowie der Feuchtigkeit usw. durchgeführt werden. Ein Zerkleinern wird durch Verwendung von geeigneten Brechern, wie z. B. einer Kugelmühle, erreicht, so daß ein Tcilchengrößcnantcil von 60 bis 95% unterhalb von 44 μ und von 15 bis 25% unterhalb von 10 μ liegt. Nach diesem Zerkleinern wird eine Schlackenkomponente wie z. B. Kalk, wenn dies erforderlich ist, in das Rohmaterial und auch Bentonit als Bindemittel in einer Menge von ungefähr 0,5% und außerdem 8 bis 10% Wasser zur Einstellung der Feuchtigkeit zugemischt.

Nach dieser Einstellung wird das Pelletmaterial der nachfolgenden Pelletierstufe B zugeführt, wo es zu einem sphärischen, sogenannten grünen Pe!!?» granuliert wird. Eine bevoryiigte Form dieser Pelletierxtiife unterscheide! sich von der konventionellen Stufe dadurch, daß die Grünpellets mit einem relativ großen Teilchendurchmcsscr, der sich zwischen 30 und 50 mm bewegt, mit Hilfe einer Pelletiervorrichtung, z. B. einem Pelletierteller oder einer Pelletiertrommel, hergestellt werden. Gegebenenfalls kann auch mit Pellets mit einer konventionellen Teilchengröße zwischen 10 bis 20 mm, das Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht werden; doch sind Qualität und Wert des Endprodukts, verglichen mit den Pellets mit großem Teilchendurchmesser, geringer.

Die Grünpellets werden nach dieser Pelletierung der Brennstufe C zugeführt, wo die Pellets oxydiert und gebrannt werden, um gewisse Qualitätseigenschaften zu erhalten (Druckfestigkeit von ungefähr 200 kg/Pellet; Trommclindex über 95% oberhalb 5 mm; Schwellindex unter 14%). Zum Brennen wird z. B. ein Schachtofen, ein Wanderrostofen oder eine Wanderrostdrehrohrofenkombination verwendet. Die Brenntemperatur liegt zwischen 1150° und 1400° C. Wie allgemein bekannt ist, muß dem Brennen ein vollkommenes Austrocknen und Vorwärmen der Pellets vorausgehen. Die gebrannten Pellets werden in einer Kühlstufe D mit Hilfe eines Ring\ühlers oder dergleichen auf nahezu Umgebungstemperatur luftgekühlt. Bei Pellets mit Teilchengrößen jo zwischen 30 und 50 mm können die vorstehend erwähnten Pelletier-, Brenn- und Kühlschritte ohne irgendwelche besonderen Schwierigkeiten durchgeführt werden, wobei bei einem konventionellen Anlagenmaßslab zufriedenstellende Produkte erhalten werden und ein reibungsloser Betrieb gesichert ist.

Die Pellets werden dann einer Brechstufe E und einer Produktanpassungsstufe F zugeführt Diese Stufen stellen den wesentlichen Bestandteil im Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Einsatzmaterials dar. Bisher wurden Pellets nach dem Kühlen, so wie sie sind, als Eisenrohmaterial in Hochöfen verwendet. Im Verfahren nach der vorliegenden Erfindung werden jedoch die vorstehend erwähnten Verfahrensstufen fund F zusätzlich ausgeführt, wodurch ein viel besseres Ergebnis mit einer grundsätzlichen Verbesserung der Eigenschaften gegenüber konventionellen Pellets, die die vorstehend dargestellten Nachteile aufweisen, erreicht wird. In der Brechstufe ffwird. wie in F i g. 7 dargestellt, ein mit einem Paar von sich gegenüberstehenden Brecherplatten 4 ausgestatteter Brecher verwendet, wobei sich diese Platten beim Öffnen und Schließen abwechselnd nach rechts oder links bewegen, wenn sie durch entsprechende Antriebsmittel (nicht dargestellt) bewegt werden. Ein sphärisches Pellet Pwird eingeführt und zwischen die Platten 4 fallen gelassen. Dabei wird das Pellet mindestens einmal durch den minimalen Spalt zwischen den Platten hindurchgeführt, so daß dieses Pellet P durch den Stoß von beiden Platten zerkleinert wird und eine Vielzahl von zerkleinerten Teilchen /"entstehen. Diese zerkleinerten Teilchen entsprechen, wie vorstehend beschrieben, dem erfindungsgemäßen Einsatzmaterial, indem sie eine äußere Form aufweisen, die aus einer komplizierten Kombination von sphärisch geformten Oberflächen mit Bruchflächen besteht. Zwar kann dieser schematisch in F i g. 7 dargestellte Brecher sehr leicht zu einer einfachen Brechvorrichtung oder -maschine ausgebaut werden; man kann aber auch bekannte Brecher, wie z. B. Backenbrecher oder Hammerbrecher, benutzen. Die im Brecher erzeugten Teilchengrößen sollen so eingestellt werden, daß der Hauptanteil der Durchmesser der erhaltenen gebrochenen Teilchen P sich in der Größenordnung von 5 bis ungefähr 25 mm bewegt Bei Werten unter 5 mm werden die Teilchen beim Einfüllen in den Hochofen so dicht gepackt, daß sich daraus eine noch geringe Durchlässigkeit für den Gasstrom im Hochofen ergibt, während bei Werten über 25 mm die Reduktionscharakteristik nicht genügend verbessert wird.

In der Produktanpassungsstufe F werden die gebrochenen Teilchen P'dem vorstehend erwähnten Teilchengrößcnbereich mit Hilfe einer Klassifizierein.ichtung zugeordnet nämlich so, daß die Teilchen, deren Größe jenseits der oberen Grenze liegt, in die Brechstufe £ zurückgeführt werden, wo sie erneut zusammen mit den aus der Kühlstufe D kommenden Pellets gebrochen werden. Andererseits werden Teilchen, deren Größe nicht die untere Grenze erreicht, in die Rohmaterialanpassungsstufe A zurückgeführt wo sie als Rohmaterial wiederverwendet oder als Sinterrohmaterial SFverwendet werden. Diejenigen gebrochenen Teilchen, die in der Produktanpassungsstufe Fmit den geeigneten Teilchengrößen ausgewählt worden sind, werden schließlich zum Hochofen ßFweitergefördert wo sie als Teil des Eisenrohmaterials oder ausschließlich als Eisenrohmaterial verwendet werden.

In der vorstehend erwähnten Kühlstufe D ist es auch möglich, anstelle des konventionellen Langsamkühlens Löscheinrichtungen mit Kühlwasser oder eine Druckluftkühlung vorzusehen, wodurch die Brecheffizienz in der nachfolgenden Brechstufe E verbessert werden kann. Es ist auch möglich, die Brechstufe £"auszulassen, was von den Löschbedingungen abhängt

Dieses Verfahren betrifft die Herstellung eines sogenannten Oxydationspellets, das eine außerordentlich harte

:\ Form einer Fe2O3-Struktur als Endprodukt ergibt. Jedoch ist das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung

ή auch auf Reduktions- oder Halbreduktionspellets mit hauptsächlich Fe- und FeO-Strukturen anwendbar, die

U durch Brennen in einer reduzierenden oder neutralen Atmosphäre erhalten werden. Demzufolge ist deren

Jl Herstellungsverfahren auch ausführbar durch Kombination der Brech- und Produktanpassungsstufen mit der

Produktionsstu'e für solche reduzierte oder halbreduzierte Pellets. Weiterhin ist das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung nicht nur auf Pellets aus reinen Erzen als Ausgangsmaterial anwendbar, sondern auch auf Abfallstäube aus eisen- und stahlverarbeitenden Betrieben und Stahlwerkanlagen, wo z. B. Gichtstäube in großen Mengen anfallen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ebensogut bei kaltgehärteten Pellets angewendet werden.

Das Einsatzmaterial nach der vorliegenden Erfindung zeichnet sich durch die vorstehend beschriebene äußere Form aus. Diese spezifische Ausgestaltung der äußeren Form der Teilchen bringt eine beachtliche Verbesserung im Schüttwinkel und in den Reduktionseigenschaften (siehe nachstehend). Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Einsatzmaterials kann auch von bereits vorhandenen Pellets mit sphärisch geformten Oberflächen ausgegangen werden, wobei dann nur noch der Brech- und Anpassungsvorgang durchgeführt zu werden braucht oder die Brech- und Anpassungsstufen an den schon bestehenden Produktionsprozeß angeschlossen werden müssen.

Um den vorteilhaften Einfluß des Einsatzmaterials auf die Erzeugung von Roheisen im Hochofen zu veranschaulichen, werden nachstehend entsprechende Arbeitsergebnisse berichtet.

F i g. 8 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Mischungsverhältnis und dem Schüttwinkel für den Fall aufzeigt, daß gebrochene Teilchen eingemischt wurden, die durch Brechen von sphärisch geformten Pellets mit einer Teilchengröße von etwa 40 mm in Teilchen mit einer nunmehrigen Größe von etwa 15 mm erzeugt wurden. Daraus wird ersichtlich, daß durch Zumischen von nur 40 bis 60% der erfindungsgemäßen Teilchen zu den konventionellen Pellets ein beachtenswerter Anstieg des Schüttwinkels erreicht werden kann. Mit nur gebrochenen Teilchen (100%) erreicht der Schüttwinkel einen Wert von ungefähr 33°, was etwa dem gleichen Wert der anderen in den Hochofen eingeschütteten Materialien, nämlich gesintertem Erz und Koks, entspricht. Allgemein ausgedrückt liegt der Schüttwinkel der gebrochenen Teilchen bei ungefähr 28 bis 35°, wobei er sich je nach der angewandten Brechmethode unterscheidet. Dadurch wird eine erhebliche Verbesserung der Einsatzmaterialeigenschaften erreicht, wenn man diese Teilchen mit den konventionellen sphärischen Pellets, deren Schüttwinkel zwischen 25 und 28° liegt, vergleicht. Aus diesen Arbeitsergebnissen ist ersichtlich,

daß dann, wenn dieses Einsatzmaterial in einem Hochofen verwendet wird, es nicht mehr notwendig ist, für die Gesamtmenge nur diese Teilchen zu verwenden, und daß eine bedeutende Verbesserung bereits dann erzielt werden kann, wenn diese Teilchen in einem geeigneten Verhältnis mit konventionellen Pellets vermischt werden. Außerdem führt eine Vergrößerung des Oberflächenwiderstandes zu einer Verbesserung des Schüttwinkels, während eine vergrößerte Oberfläche zu einem Ansteigen der Kontaktfläche mit dem Reduziergas führt, so daß

dadurch die Reduktionseigenschaften verbessert werden; weil außerdem die Mindestabstände zwischen den Mittelpunkten der Teilchen verkleinert werden, kommt es kaum mehr vor. daß ein nichtumgesetzter Kcrnbcreich übrigleibt, so daß Enveichungs- und Verschmelzungserscheinungen unterdrückt werden. Das erfindungsgemäße Einsatzmaterial erweist sich somit als sehr vorteilhaft

Fi g. 10 zeigt die Beziehung zwischen der Gasdurchlässigkeit der Schüttung und der Teilchengröße für den Fall eines konventionellen sphärischen Pellets, eines gesinterten Erzes und des erfindungsgemäßen geb: nchencn Teilchens, wobei der Druckabfall durch Messen eines Druckabfalls in einer Apparatur bestimmt wurde, in der Luft durch zylindrische Behälter, mit einem Innendurchmesser von 150 mm und einer Höhe von 1500 mm hindurchgeblasen wurde; diese Behälter waren bis zu einer Höhe von 200 mm mit den vorstehend erwähnten Teilchen gefüllt.

Die Gasdurchlässigkeit wurde ermittelt durch Bestimmung des Druckabfallkoeffizienten aus F i g. 10, aus der die Größe des Druckabfalls nach der folgenden Gleichung

K = «Dp-··»

bestimmbar ist; darin bedeuten K den Druckabfall, D_p die Teilchengröße und χ den Koeffizienten des Druckabfalls, wobei für letzteren die Ergebnisse in der Tabelle II aufgezeigt sind.

Tabelle II Art des Einsatzmaterials Koeffizient des Druckabfalls (λ)

Konventionelles sphärisches 103 · 10³
Pellet

Gesintertes Erz 7,0 - 10³

Gebrochene Teilchen 8,5 · 10³
nach der Erfindung

Aus diesen Daten ist ersichtlich^ daß das gebrochene Material nach der vorliegenden Erfindung eine ausgczeichnete Durchlässigkeit, verglichen mit konventionellen sphärischen Pellets, aufweist.

Die Vorteile bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Materials liegen darin, daß nicht nur seine Kontaktflache groß ist sondern daß es auch eine verbesserte Durchlässigkeit für das Reduziergas im Hochofen aufweist und daß demzufolge auch der Reduktionswirkungsgrad verbessert wird, wie nachstehend aufgezeigt ist

Temperatur	Reduktionsgrad (%) gebrochenes Material nach der vorliegenden Erfindung 5—10 mm 10— 15 mm übel 15 mm	67.7 16,8	konventionelles sphärisches Pellet 10—12mm	gesintertes Erz
1200"C !250⁰C Tabelle IV	65,8 70,3 38.0 24,6	41,2 11*)	70-80 30
	Gebrochenes Material nach der vorliegenden Erfindung 5—10 mm 10— 15 mm über 15 mm	Konventionelles sphärisches Pellet 10—12 mm

Die F i g. 11 und 12 zeigen die Versuchsergebnisse über die Veränderung des Reduktionsgrads gegenüber der verstrichene!. Zeit für gebrochene Teilchen mit einer Teilchengröße von über 15 mm, 10 bis 15 mm und 5 bis :0 mm sowie für konventionelle Pellets, wobei die Reduktionstemperatur 1200⁰C bzw. 1250°C beträgt und ein Gasgemisch aus 30% CO und 70% N2 als Reduktionsmittel verwendet wird. Wie aus diesen Figuren ersichtlich, geht die Reduktionsrcaktion glatt voran, so daß mit den erfindungsgcmüßen Teilchen ein hoher Rccluktion.sgrad ί erreicht werden kann.

Der endgültige Reduktionsgrad eines jeden Einsatzmaterials ist in Tabelle III gezeigt, während die Ergebnisse der Reduktionsversuche unter Belastung in der Tabelle IV zusammengestellt sind.

Tabelle III

20 *μιιβι labile:» rciiei

5—10 mm 10— 15 mm über 15 mm 10—12 mm

ü Konlraktionsgrad 24,0 28,0 34,0 35,8

% Reduktionsgrad 98,1 94,6 88,8 88,9

I Schwell-Index 123 12,9 12,7 12-12,5

y Fig. 13 zeigt die Beziehung zwischen dem Erz/Koks-Verhältnis und dem Druckabfall, welcher durch die

f| jeweilige in den Hochofen eingefüllte Beschickung zustande kommt, während Fig. 14 die Beziehung zwischen

ψ der Produktivität (t/mVTag) und dem Druckabfall zeigt, wobei die eingefüllten Materialien zu 50% aus Erz und

ff. zu 50% aus sphärischen selbstgängigen Pellets (Symbol χ) oder zu 50% aus sphärischen Pellets mit einem

l-'i MgO-Zusatz (Symbol ·) bzw. zu 50% aus gebrochenen Teilchen mit einem MgO-Zusatz (Symbol O) bestehen.

i*^; Wie diese Figuren zeigen, kann durch die vorliegende Erfindung das Erz/Koks-Verhältnis gegenüber der

'jt Verwendung von konventionellen sphärischen Pellets erheblich verbessert werden, was sich in einem Anstieg

L': der Produktivität ausdrückt.

> Die F i g. 15 und 16 zeigen die Beziehung zwischen der Produktivität einerseits und dem Verhältnis von Koks ' zu produzierter Roheisenmenge bzw. dem Verhältnis von Brennstoff zu produzierter Roheisenmenge andereres seits.

; Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, bringt die Verwendung des erfindungsgemäßen Materials Vorteile

;.; dadurch, daß es infolge der vorstehend erwähnten Eigenschaften und auch infolge der Verbesserung der

» Reduktionseigenschaften möglich ist, die Produktivität trotz Einfüllens der gleichen Menge an Eisenausganyi-

! materialien beachtlich zu steigern, d. h. einen extrem wirtschaftlichen Hochofenbetrieb zu verwirklichen.

u_F Erfindungsgemäß wird auch der Oberflächenreibungswiderstand und der Schüttwinkel des Materials selbst

^!: erheblich verbessert, wodurch ein Fließen des Materials in den Zentralbereich des Hochofens und auch eine

^ einseitige Schüttung bei seinem Einbringen in den Hochofen verhindert wird, so daß eine gleichmäßige und

H stabile Lage ausgebildet wird. Als Ergebnis davon wird der Reduziergasstrom innerhalb des Hochofens, in

|| radialer Richtung gesehen, gleichmäßig: die Koksschicht wird ebenfalls stabilisiert und das Absinken der einge-

f| füllten Materialien ist ausgeglichen und gleichmäßig, während die Gasdurchlässigkeit verbessert wird; daneben

|i wird die Reduktionseigenschaft infolge der vergrößerten Oberfläche verbessert und die Reaktion innerhalb des

|ä Hochofens steigert sich in einer außerordentlich wirksamen Weise; die Hochofenbedingungen sind über eine

f| verlängerte Zeitdauer stabilisiert so daß ein geradezu idealer Betrieb des Hochofens zustande kommt In diesen

II Punkten hat die vorliegende Erfindung außerordentlich vorteilhafte und ausgezeichnete Ergebnisse auf diesem

H technischen Gebiet erbracht die sich insbesondere in der Verkleinerung des Koksanteils (Kokssatz) und in

p einem Anstieg der produzierten Roheisenmenge zeigen.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. FeDetisiertes und gebranntes Einsatzmaterial für Hochöfen, bestehend aus Eisenerz oder staubförmigem eisenhaltigem Material mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 5 bis 25 mm, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzmaterial aus durch Zerkleinern der gebrannten Pellets gebildten Bruchstöcken mit einer Kombination von einer oder mehreren sphärisch geformten Flächen (K) und einer oder mehreren Bruchflächen (H?besteht derart, daß sich ein im Vergleich zum Hochofenkoks ähnlicher Schüttwinksl ergibt.

2. Einsatzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es entweder aus einem Oxidationspellet oder einem Reduktionspellet hergestellt ist

ίο

3. Verfahren zur Herstellung von pelletisiertem und gebranntem Einsatzmaterial nach Anspruch 1 oder 2,

durch Pelletisieren eines pulverförmigen Eisenerzes oder staubförmigen eisenhaltigen Materials und anschließendes Härten der gebildeten Pellets, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärteten Pellets einem Zerkleinerungs- oder Brechvorgang unterworfen werden.