DE2733790A1

DE2733790A1 - Verfahren zur erzeugung von roheisen durch schmelzreduktion

Info

Publication number: DE2733790A1
Application number: DE19772733790
Authority: DE
Inventors: Per Harald Collin
Original assignee: Stora Kopparbergs Bergslags AB
Current assignee: Stora Enso Oyj
Priority date: 1976-07-28
Filing date: 1977-07-27
Publication date: 1978-02-02
Also published as: JPS5344415A; LU77844A1; FR2359898A1; BE857261A; SE424740B; SE7608526L

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Roheisen. Die Rohmaterialien zur Durchführung des Verfahrens umfassen Materialien, die feinkörnige Eisenoxide, feinkörnige feste oder flüssige oder gasförmige kohlenstoffhaltige Brennstoffe und Sauerstoffgas enthalten.

Unter Materialien, die feinkörnige Eisenoxide enthalten, versteht man in Verbindung mit der Erfindung beispielsweise Eisenerzkonzentrat, geröstete Pyrite und mehr oder weniger vorreduzierte Produkte derselben mit einer Korngröße kleiner als 1 mm und zweckmäßig kleiner als 0,5 mm und vorzugsweise mit einer Korngröße kleiner als 0,2 mm.

Unter feinkörnigen Brennstoffen werden beispielsweise feinkörnige kohlenstoffhaltige Materialien, wie Lignite, Kohle, Anthrazit, Koks oder Holzkohle usw. mit einer Korngröße kleiner als 1 mm, zweckmäßig kleiner als 0,5 mm und bevorzugt mit einer mittleren Korngröße kleiner als 0,3 mm verstanden. Unter flüssigen Brennstoffen werden Kohlenwasserstoffgemische verstanden, die mit einer passenden Temperatur zugepumpt werden, wie Brennöle, Teere, getoppte Rohprodukte usw. Unter gasförmigen Brennstoffen werden Methan, Naturgas, Raffinerieabgase usw. verstanden.

Das Verfahren nach der Erfindung gestattet im Gegensatz zu derzeit verwendeten industriellen Verfahren zur Herstellung von Roheisen die direkte Herstellung von flüssigem Roheisen in einer Stufe, ausgehend von einem Material, das feinkörnige Eisenoxide enthält, Wobei die Kosten für das Reduktionsmittel wesentlich geringer als in den derzeit gewerblich verwendeten Methoden zur Herstellung von Roheisen liegen.

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Gemäß der Erfindung wird Roheisen durch Schmelzreduktion von Material, das feinkörnige Eisenoxide enthält, mit Hilfe von feinkörnigen festen, flüssigen oder gasförmigen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen und Sauerstoffgas hergestellt. Der Brennstoff wird in ein Roheisenbad unterhalb der Oberfläche des Bades in solcher Höhe eingeblasen, daß der Kohlenstoffgehalt des Brennstoffes sich in dem Roheisen löst, wobei der Brennstoff fluß so geregelt wird, daß ein Kohlenstoffgehalt größer als 2 % in dem Roheisen gehalten wird.

Das eisenoxidhaltige Material wird, vorzugsweise derart vorreduziert, daß der Eisenoxidgehalt als FeO vorliegt, auf die Oberfläche des Roheisenbades mit Hilfe eines eingestellten Flusses eines Gasgemisches, welches hauptsächlich CO und H₂ enthält und nachfolgend als gemischtes Gas bezeichnet wird, aufgeblasen. Das Aufblasen erfolgt durch einen,vorzugsweise den äußeren, Kanal einer doppelschaligen Lanze, wobei Sauerstoff gleichzeitig durch den äußeren Kanal geblasen wird. Der Strom von gemischtem Gas wird so eingestellt, daß der Hitzefluß in der Düsenflamme, die bei der Verbrennung des gemischten Gases mit dem Sauerstoff gebildet wird, wenigstens ausreichend zum Erhitzen und Schmelzen des vorreduzierten Materials ist, das das gemischte Gas begleitet.

Das zusätzliche Wärmeerfordernis für die Schmelzreduktion wird durch Teilverbrennung eines eingestellten Stromes von gemischtem Gas gedeckt, welches in die Schaumschlackenschicht, die sich oben auf dem Roheisen infolge des hohen Gehaltes an Eisenoxid bildet, eingespritzt wird. Das gemischte Gas wird durch vorzugsweise den äußeren Kanal in doppelschaligen Düsen eingespritzt,

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durch den inneren Kanal derselben wird ein eingestellter Sauerstoff gas strom eingeblasen, wobei das molekulare Fließverhältnis O₂/(CO + H„) kleiner als 0,5 gehalten wird.

Das heiße Reaktionsgas (heißer als 1500° C), das die Schmelzreduktion verläßt und CO, H„ und H₃O enthält, wird zweckmäßig nach einem Tempern unter Ausnuztung seines physikalischen Wärmeinhaltes beispielsweise zur Erzeugung von Elektrizität für die Vorreduktion des eisenoxidhaltigen Materials, die im Temperaturbereich von 700 bis 900° C stattfindet, benutzt. Nach der Entfernung des vorreduzierten Materials wird das Gas wiederum getempert, zweckmäßig unter Ausnutzung eines Teils seines physikalischen Wärmeinhaltes, wonach es naß gereinigt und von seinem Gehalt an H₃O und CO₃ in bekannter Weise befreit wird. Das so erhaltene Gasgemisch, das hauptsächlich CO und H₃ enthält, wird für das Beblasen von vorreduziertem Material und das Einspritzen in die Schaumschlackenschicht verwendet, während ein möglicher Überschuß für äußere Zwecke, wie beispielsweise für eine chemische Synthese, benutzt wird.

Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung besteht in einer Kombination der folgenden Maßnahmen:

1. Einspritzen eines gemäß 5.1 eingestellten Brennstoffflusses, zweckmäßig in mehrere Teilflüsse unterteilt, in ein Roheisenbad in einer Tiefe unterhalb der Oberfläche des Bades, die so eingestellt ist, daß der Kohlenstoffgehalt des Brennstoffes vollständig oder beinahe vollständig sich in dem Roheisenbad löst.

2. Vorreduktion des Hauptteils des Eisengehaltes in dem Eisenoxide enthaltenden eingestellten Materialfluß zu FeO, wobei

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die Reduktion mit Hilfe von reduzierendem Gas gemäß der Maßnahme 7 durchgeführt wird.

3. Aufblasen des vorzugsweise heißen, gemäß der Maßnahme 2 vorreduzierten Eisenoxid enthaltenden Materials, gegebenenfalls mit einem Schlackebildner vermischt, auf vorzugsweise den mittigen Teil der Oberfläche des Roheisenbades gemäß 1 mit Hilfe eines Flusses von gemischtem Gas aus der Maßnahme 11, der gemäß Maßnahme 5.2 eingestellt ist, durch einen, vorzugsweise den äußeren Kanal in einer doppelschaligen Lanze, wobei ein Sauerstoffgasfluß, der gemäß 5.4 eingestellt ist, durch den anderen Kanal zugeführt wird.

4. Einspritzung des Reststromes von gemischtem Gas aus der Maßnahme 11 durch doppelschalige Düsen in die Schaumschlakkenschicht, wobei dieser Reststrom zweckmäßig in mehrere Teilströme unterteilt wird, das gemischte Gas vorzugsweise durch die äußeren Kanäle der Düsen eingespritzt wird, während Sauerstoffgas durch die inneren Kanäle eingespritzt wird, und der Sauerstofffluß so eingestellt wird, wie unter 5.3 nachfolgend ausgeführt ist.

5.1. Einstellung des Brennstofflusses gemäß 1 in solcher Weise, daß der Kohlenstoffgehalt in dem Roheisen größer als 2 Gewichts-%, zweckmäßig bei 2,5 bis 5 Gewichts-%, vorzugsweise bei 3,0 bis 4,5 Gewichts-% ist.

5.2. Einstellung des Flusses von gemischtem Gas aus dem Aufblasen gemäß 3 derart, daß die Verbrennung des Stromes mit dem Sauerstoff wenigstens genügend Hitze zum Erhitzen, Schmelzen und überhitzen des durch das gemischte Gas mitgeführten vorreduzierten Materials erzeugt.

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5.3. Einstellung des Sauerstoffflusses zu den Einspritzdüsen gemäß 4 zur Verbrennung des Reststromes von gemischtem Gas gemäß 11 auf solche Weise, daß in den Düsen das molekulare Strömungsverhältnis von O₂/(CO + H_) kleiner als 0,5, vorzugsweise zwischen 0,45 und 0,49 gehalten wird.

5.4. Einstellung des Sauerstoffflusses während des Aufblasens gemäß 3 derart, daß der durch die Verbrennung des gemischten Gases für das Aufblasen gemäß 3 und des in dem Roheisen gelösten Kohlenstoffs erzeugte Wärmefluss zusammen mit dem gemäß 5.2 und 5.3 erzeugten Wärmefluß die Reaktionswärme für die Schmelzreduktion, den Unterschied im Wärmeinhalt zwischen den Rohmaterial- und Produktströmen und die Wärmeverluste aus dem Reaktor deckt, was dazu führt, daß die erwünschte Temperatur in dem Reaktor oberhalb 1250° C, vorzugsweise zwischen 1400 und 1600° C gehalten wird.

6. Tempern von heißem Reaktionsgas, das das Roheisenbad verläßt, in bekannter Weise unter Ausnutzung des Wärmeinhaltes.

7. Verwendung des gemäß 6 getemperten Reaktionsgases als Reduktionsgas in der Maßnahme 2.

8. Kühlen des Gases aus der Vorreduktion in bekannter Weise und Ausnutzung seines Wärmeinhaltes.

9. Staubreinigung des Reaktionsgases, das gemäß der Maßnahme gekühlt wurde, in bekannter Weise unter Ausnutzung eines Teils seines Wärmeinhaltes.

10. Beseitigung des Gehaltes von H₃O + CO₂ in dem gemäß der

Maßnahme 9 von Staub befreiten Gas durch Kondensation und Absorption in bekannter Weise, wobei man ein gemischtes Gas erhält, das CO + H₂ und kleine Mengen CO₂ und H₃O enthält.

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11. Gegebenenfalls Abzug eines eingestellten Teiles von gemischtem Gas, das man gemäß der Maßnahme 10 erhalten hat, für einen äußeren Zweck, wobei man im Inneren einen Teil des gemäß 5.2 eingestellten gemischten Gases für das Aufblasen gemäß der Maßnahme 3 und von dem Reststrom für das Einspritzen in die Schaumschlackenschicht gemäß der Maßnahme 4 verwendet.

12. Ansatzweises oder kontinuierliches Abziehen von produziertem Roheisen und Schlacke, wobei das Abziehen von Roheisen so eingestellt wird, daß man eine ausreichende Tiefe des Bades gemäß 1 aufrechterhält.

Die einzelnen Maßnahmen und wie sie in der Praxis durchgeführt werden, wird nachfolgend in Verbindung mit den schematischen Reaktionsformeln für die chemischen Prozesse beschrieben, die in der Schmelzreduktion bei verschiedenen Brennstoffen auftauchen, und auch in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3.

Fig. 1 zeigt einen vertikalen Schnitt 1A und einen horizontalen Schnitt 1B eines Beispiels eines Schmelzreduktionsreaktors, der nach der Erfindung arbeitet.

Fig. 2 zeigt ein Blockschema eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Vorreduktion nach dem Schwebegasprinzip.

Maßnahme 1

Das Einspritzen von Brennstoff in das Roheisenbad 101 erfolgt, je nach der Natur des Brennstoffes, in unterschiedlicher, an sich bekannter Weise. Wenn der Brennstoff fest ist, wird das

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Einspritzen mit Hilfe eines geeigneten Trägergases (beispielsweise mit gemischtem Gas gemäß 10) nach üblicher Praxis für das Einblasen von beispielsweise Kalk in den Boden von beblasenen Konvertern vom Typ Q-BOP (OBM) durchgeführt. Das Einspritzen ist besonders leicht, wenn der Brennstoff ein gasförmiger Kohlenwasserstoff, wie beispielsweise Methan, ist. In diesem Fall wird er durch offene Düsen in einer geeigneten Höhe unterhalb der Roheisenoberfläche eingeblasen. Die Düsen können für alle diese Brennstoffe in der Wand oder in dem Boden des Reaktors angeordnet sein.

Beim Einspritzen von flüssigem Brennstoff, wie beispielsweise Schweröl, erwies es sich als geeignet, Dreifachschalendüsen mit einer mittigen öffnung mit zwei konzentrischen öffnungen um sie herum zu verwenden. Durch die äußerste öffnung wird ein Gas, das bezüglich des Roheisens inert ist, wie beispielsweise gemischtes Gas, in das Roheisen eingeblasen, durch die mittlere öffnung wird öl und durch die innerste öffnung gemischtes Gas eingeblasen. Die Gasgeschwindigkeit in der äußersten und der innersten öffnung ist zweckmäßig Überschallgeschwindigkeit, damit die Geschwindigkeit des Öls in der mittleren öffnung mäßig gehalten werden kann.

Durch eine geeignete Anordnung der Injektionsdüsen 102 und 103 für Brennstoff werden solche Ströme in dem Roheisen eingeleitet, daß diese für die Schmelzreduktion nach der Erfindung geeignet sind. So werden zweckmäßig 10 bis 40 % des Brennstoffes durch Düsen 102 im mittigen Teil des Bodens des Reaktors eingespritzt, während der Rest durch Düsen 103 nahe der Wand oder durch die Wand des Reaktors eingespritzt wird. Die Düsen, die

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mittig angeordnet sind, erzeugen einen aufwärts gerichteten Strom 104 von neu carburiertem Roheisen zu dem Bereich der Roheisenoberfläche hin, zu der das vorreduzierte eisenoxidhaltige geschmolzene Material geblasen wird. Dies gewährleistet eine Aufrechterhaltung des erwünschten Kohlenstoffgehaltes oberhalb 2 %, zweckmäßig von 2 bis 5 %, vorzugsweise von 3 bis 4,5 % an dieser Stelle. Die peripher angeordneten Düsen erzeugen einen aufwärts gerichteten Strom 105 von neu carburiertem Roheisen entlang der Wand des Reaktors. Die beiden aufwärts gerichteten Ströme von Roheisen bilden das in Fig. 1 gezeigte Fließbild, welches zu einer raschen Zirkulation und einem hohen Kohlenstoffgehalt in der gesamten Kontaktfläche zwischen Roheisen und Schaumschlacke führt, was für eine hochspezifische Reduktionsgeschwindigkeit notwendig ist.

Maßnahme 2

Die Vorreduktion zu FeO des Hauptteils des Eisengehaltes in einem eingestellten Fluß des Eisenoxide enthaltenden Materials findet in der Praxis in einer oder vorzugsweise in mehr als einer Stufe statt, zweckmäßig in der gleichen Apparaturtype, wie sie beim sogenannten Schwebegas vor Erhitzen in Verbindung mit dem Brennen von Zement verwendet werden, wie beispielsweise in Bild 8 auf Seite 17 von Ullmans Encyklopädie der Technischen Chemie, 3. Auflage, Band 19, München-Berlin-Wien 1969 unter dem Stichwort "Zement" gezeigt ist. Dieses Bild ist in Fig. 3 der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben. Gemäß der Erfindung findet somit die Vorreduktion vorzugsweise mit dem feinkörnigen Eisenrohmaterial statt, das zusammen mit dem Gas durch jede Stufe geleitet wird, was durch die Abtrennung des Feststoffmate-

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rials in einem Zykon beendet wird, wonach es zu der nächsten Vorreduktionsstufe, vorzugsweise im Gegenstrom zu dem Gas, befördert wird. Um eine zu hohe Temperatur in den Körnern des Materials zu verhindern, da diese zu einem sogenannten Klebrigmachen führen kann, wobei die Körner unter Bildung störender Aggregate aneinanderhaften, sollte das reduzierende Gas nach der Erfindung in der nachfolgend beschriebenen Weise (siehe Maßnahme 6) vor der Stufe getempert werden, wo Gas zu der Vorreduktion eingespeist wird und das vorreduzierte Eisenrohmaterial abgetrennt wird.

Wegen des Gehaltes an H~O und CO₂ in dem reduzierenden Gas kann metallisches Eisen nicht während der Vorreduktion gebildet werden. Dies ist wichtig, da die Gefahr eines Klebrigwerdens im Falle der Bildung von metallischem Eisen in den Materialkörnern und bei der Endtemperatur, die in der Vorreduktion im Hinblick auf die Reduktionsgeschwindigkeit bevorzugt ist (800 bis 850° C), stark gesteigert wird.

Maßnahme 3

Das Aufblasen des vorreduzierten Materials auf die Roheisenoberfläche, gegebenenfalls im Gemisch mit einem Schlackenbildner, findet in der Praxis mit Hilfe einer zweckmäßig vertikalen wassergekühlten doppelschaligen Lanze 106 mit zwei konzentrischen Gaskanälen statt, die zu dem mittigen Teil der Oberfläche des Roheisenbades hin gerichtet ist. Durch den äußeren Kanal 107 werden das geeignet heiße vorreduzierte Material und das gemischte Gas zugeführt, während das Sauerstoffgas durch den inneren Kanal 108 zugeführt wird. Der Impuls der Verbrennungsgase aus der Düsenflamme, die an der Spitze der Lanze gebildet wird, soll im

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Vergleich mit beispielsweise dem Impuls des Sauerstoffgases aus einer BOF (LD)-Lanze gering und so niedrig sein, daß die Düsenflamme nicht in der Lage ist, eine wesentliche Menge von Roheisentropfen in der Schaumschlackenschicht zu emulgieren.

Der Fluß von gemischtem Gas, das durch die Lanze zugeführt wird, wird gemäß der Erfindung derart eingestellt, daß der durch die Verbrennung mit dem Sauerstoffgas erzeugte Wärmefluß für das Erhitzen, Schmelzen und überhitzen des dem gemischten Gas zugeführten heißen vorreduzierten Materials ausreicht. Die Temperatur der Düsenflamme, die durch die Verbrennung des gemischten Gases mit dem Sauerstoffgas gebildet wird, ist sehr hoch, und der Wüstit in dem der Flamme zugeführten vorreduzierten Material wird auf eine Temperatur wesentlich oberhalb seines Schmelzpunktes überhitzt, was eine sehr schnelle Reduktion durch den Kontakt mit dem kohlenstoffhaltigen Roheisen mit sich bringt.

Maßnahme 4

Für das Einspritzen von gemischtem Gas in die Schaumschlackenschicht werden zweckmäßig mehrere doppelschalige Düsen 109 in der Wand des Reaktors verwendet. Das gemischte Gas wird vorzugsweise durch die äußeren öffnungen 110 eingespritzt, während Sauerstoff gas durch die inneren öffnungen 111 eingespritzt wird. Damit die Verbrennungsgase aus den Düsenflammen bei jeder doppe Ischaligen Düse die Zirkulation in dem Bad in Zusammenwirkung mit den durch die Roheisenschicht aus den peripher angeordneten Einspritzdüsen für den Brennstoff aufsteigenden Gasen unterstützen, sind die doppelschaligen Düsen in der Wand des

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Reaktors gemäß der Erfindung auf solche Weise ausgerichtet, daß eine imaginäre vertikale Ebene durch die Längsachse der Düsen die imaginäre vertikale Zylinderoberfläche, entlang welcher die Gase aus den peripher angeordneten Düsen für den Brennstoff in dem Roheisen aufsteigen (Fig. 1), berührt oder beinahe berührt. Die Düsen bilden zweckmäßig einen Winkel mit der horizontalen Ebene von vorzugsweise -30° < al K +30°. Die Position der Düsen und ihre Ausrichtung bringt die Schaumschlackenschicht zur Rotation, was eine gute Homogenisierung bedeutet.

Die beiden aufwärts gerichteten Ströme von Schaumschlacke, teilweise entlang der Mittelachse 112 des Reaktorkessels, teilweise entlang der Wand 113 desselben, führen zu einem abwärts gerichteten Strom in dem Bereich dazwischen. In diesem Bereich fließt somit Schaumschlacke, die durch die Düsenflammen überhitzt wird, abwärts und entlang der Reduktionszone in Nachbarschaft zu der Roheisenoberfläche und überträgt Wärme auf diese, so daß die Schmelzreduktion dort aufrechterhalten wird.

Maßnahme 5.1

Die Einstellung des Brennstoffflusses gemäß 1 erfolgt in der Praxis durch Analyse des Kohlenstoffgehaltes in dem produzierten Roheisen und durch entsprechende Einstellung des Brennstoff flusses.

Maßnahme 5.2

Der Fluß von gemischtem Gas für das Blasen gemäß 3 wird in Beziehung zu dem Eisenrohmaterialfluß eingestellt. Ein solcher Fluß von gemischtem Gas wird derart aufrechterhalten, daß dessen Verbrennung einen Wärmefluß erzeugt, welcher wenigstens

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gleich oder größer als der Wärmefluß ist, der zum Erhitzen und Schmelzen des vorreduzierten Eisenrohmaterials nötig ist. In der Praxis erwies es sich als geeignet, 110 bis 150 % des theoretischen Flusses von gemischtem Gas zu verwenden.

Maßnahme 5.3

Die Einstellung des Sauerstoffgasstromes zu den Einspritzdüsen 109 gemäß 4 erfolgt in der Praxis durch Regelung des Verhältnisses bezüglich des Stromes von gemischtem Gas. Gemäß der Erfindung sollte das molekulare Strömungsverhältnis von O₂/(CO + H₂) kleiner als 0,5 sein, was bedeutet, daß die Verbrennungsgase aus den Düsenflammen an den Düsen im Gleichgewicht mit dem Wüstit in dem Schlackenschaum sind. Für industrielle Anwendung der Erfindung wird versucht, den kleinstmöglichen Verbrauch von Brennstoff und Sauerstoff je produzierter Einheit Roheisen zu bekommen. Je höher das molekulare Strömungsverhältnis von 0_/(CO + H₂) an den Einspritzdüsen gehalten werden kann, desto niedriger wird der Brennstoffverbrauch. In der Praxis erwies es sich als möglich, die Schmelzreduktion bei einem molekularen Strömungsverhältnis von O₂/(CO + H₂) nahe 0,5, wie beispielsweise bei 0,45 bis 0,49, zu halten.

Maßnahme 5.4

Der Sauerstoffgasfluß während des Blasens gemäß 3 wird in Abhängigkeit von der Temperatur in dem Roheisen geregelt. Der Sauerstoff fluß wird auf eine Menge eingestellt, die bei der Verbrennung des gemischten Gases für das Blasen gemäß 3 und des in dem Roheisen gelösten Kohlenstoffes einen Wärmefluß ergibt, der zusammen mit den Wärmeflüssen gemäß 5.2 und 5.3 die Reaktionswär-

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me für die Schmelzreduktion, den Unterschied im Wärmeinhalt zwischen den Strömen von Rohmaterialien und Produkten sowie die Wärmeverluste aus dem Reaktor deckt. Dies bedeutet, daß eine konstante Temperatur in dem Roheisenbad aufrechterhalten wird. In der Praxis wurde es als zweckmäßig gefunden, eine Temperatur oberhalb 1250 C, vorzugsweise zwischen 1400 und 16OO C aufrechtzuerhalten.

Der Brennstoffverbrauch, zweckmäßig berechnet als Mole (= Grammmoleküle) aschefreier Brennstoff je Mol produziertes Pe in der Schmelzreduktion nach der Erfindung, hängt teilweise von dem H/C-Verhältnis (= i) des Brennstoffes und teilweise von dem Verhältnis O/Fe in dem Eisenrohmaterial ab. Da die Vorreduktion einen verminderten Brennstoffverbrauch mit sich bringt, wird im Folgenden nur der Fall abgehandelt, bei dem der ganze oder fast der ganze Gehalt des Eisenoxids in dem Eisenrohmaterial zu FeO vor der Schmelzreduktion vorreduziert wurde.

Wenn man beispielsweise Magnetit als Eisenrohmaterial verwendet und nur Roheisen produziert, bekommt man die folgende Näherungsgleichung für eine Schmelzreduktion nach der Erfindung, wobei Kohlenwasserstoffe (0 < i < 4) als Brennstoffrohmaterial verwendet werden:

1/CH₁ 'X 0,08 i + 0,55 (1)

worin CH₁ = Mol CH₁ZMoI Fe

i = H/C-Verhältnis des Brennstoffes

Die Formel 1 ist gültig unter der Annahme, daß der Verbrennungsgrad in den Düsenflammen gemäß 5.3 94 % ist, d.h. O₂/(CO + H₂) = 0,47. Wenn man Schweröl verwendet (i = 1,7), ergibt die Formel

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einen Brennstoffverbrauch von etwa 1,45 Mol je Mol Fe entsprechend 360 kg Schweröl je Tonne Fe oder 3,50 Gcal je Tonne Fe. Wenn beispielsweise Butan verwendet wird (i = 2,5), ergibt die Formel einen Verbrauch von 340 kg je Tonne Fe oder 3,71 Gcal je Tonne Fe. Da Energiekosten gleich sind (schwedische Kronen je Gcal), sind Brennstoffe mit einem niedrigen Gehalt an H bevorzugt.

Das molekulare Verhältnis H₂/CO in dem gemischten Gas für das Blasen und Einspritzen ist sehr stark abhängig von dem H/C-Verhältnis des Brennstoffes. So gilt die folgende Näherungsgleichung unter der gleichen Annahme wie für die Formel 1.

ρ cv 2,83 · i - 0,37 (2)

worin ρ = Mol H₂/Mol CO in dem gemischten Gas i = H/C-Verhältnis des Brennstoffes

Die Formel ergibt für Schweröl und Butan die molekularen Verhältnisse ρ = 4,4 bzw. 6,7. Wenn es erwünscht ist, neben Roheisen auch noch gemischtes Gas für andere Zwecke zu produzieren, wie beispielsweise für die Ammoniaksynthese, wird natürlich der Brennstoffverbrauch über denjenigen erhöht, der gemäß der Formel 1 erforderlich ist. Wie zu erwarten, gibt es eine fast lineare Beziehung zwischen dem Brennstofffluß und dem Fluß an gemischtem Gas, das für äußere Zwecke abgezogen wird. Die folgende Näherungsgleichung gilt beispielsweise unter den gleichen Bedingungen wie in der Formel 1 und mit Schweröl als Brennstoff :

CH₁ m 0,58 Λ + 1,45 (3)

worin CH₁ _ = Mol Öl/Mol Fe

^ = Mole gemischtes Gas, abgezogen für äußere Zwecke/Mol Fe

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Um es möglich zu machen, beispielsweise 1 Mol gemischtes Gas je Mol Fe abzuziehen, ist es gemäß Formel 3 erforderlich, 2,03 Mol öl je Mol Fe entsprechend 495 kg öl je Tonne Fe zuzuführen.

Der Gesamtfluß von Reaktionsgas aus einer Schmelzreduktion nach der Erfindung erhöht sich etwas mit dem abgezogenen gemischten Gas, doch wesentlich weniger als proportional zu dem Brennstoffverbrauch. Die folgende Näherungsgleichung gilt unter den gleichen Bedingungen wie für Formel 3.

1^4,8 + 1,1 (4)

worin L= Mol reagierendes Gas/Mol Fe /V= ausgetragene Mole gemischtes Gas/Mol Fe

Die kleine Steigerung des Gesamtgasflusses durch Abziehen von gemischtem Gas bedeutet beispielsweise, daß ein Abziehen von 1 Mol gemischtem Gas je Mol Fe entsprechend für beispielsweise die Herstellung von NH von ~ 2/3 Mol NH /Mol Fe oder ~2OO kg

NH_/t Fe, zu **> 23 % Steigerung des Gesamtflusses von

führt.
Reaktionsgas/ Um die gleiche Gasgeschwindigkeit in dem Reaktor oder den Reaktoren aufrechtzuerhalten, muß der Durchmesser des oder der letzteren um 11 % gesteigert werden, was eine Steigerung der Kosten für den oder die Reaktoren um nur ungefähr 7 % bedeutet. Der Reaktor kann somit als ein "billiger Brennstoffvergaser" neben der Produktion von Roheisen dienen, was ein überraschender technischer und wirtschaftlicher Vorteil für eine Roheisen produzierende Industrie in Verbindung mit einer gemischtes Gas verbrauchenden chemischen Industrie ist.

Der notwendige Sauerstofffluß für die Schmelzreduktion nach der Erfindung hängt von dem Brennstofffluß und dem Fluß abgezogenen

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gemischten Gases ab. Die folgende Näherungsgleichung gilt beispielsweise unter den gleichen Bedingungen wie für Formel 1:

O₂ ~ 0,97 + 0,09 · i · CH₁ + 0,22 A (5)

worin O₂ = Mol Sauerstoff/Mol Fe

CH. = Mol Kohlenwasserstoff/Mol Fe

Δ = abgezogene Mole gemischten Gases/Mol Fe

Maßnahme 6

Das Tempern von heißem Reaktionsgas aus dem Roheisenbad auf eine Temperatur, die für die Vorreduktion geeignet ist, erfolgt in der Praxis durch Beförderung des Gases durch einen Abschnitt eines Wasserdampfgenerators, der auf der Gasseite in zwei getrennte Abschnitte geteilt ist. Das Gas wird auf eine solche Temperatur oberhalb derjenigen, die geeignet für die Vorreduktion ist, erhitzt, daß der Wärmeinhalt des Gases entsprechend der Erniedrigung der Temperatur während der Vorreduktion teilweise den Wärmebedarf für das Erhitzen des Eisenrohmaterais auf die Reaktionstemperatur, zweckmäßig 7OO bis 900° C, teilweise die Reaktionswärme, die für die Reduktion zu FeO erforderlich ist, und die Wärmeverluste in diesem Zusammenhang deckt. Die in dem Wasserdampfgenerator benutzte Wärme wird zweckmäßig für die Erzeugung von elektrischer Energie in einem Turbinengenerator verwendet.

Maßnahme 7

Die Benutzung des Reaktionsgases, das gemäß der Maßnahme 6 getempert wurde, für die Vorreduktion gemäß der Maßnahme 2.

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Maßnahme 8

Das Kühlen des Gases aus der Vorreduktion, zweckmäßig nach Staubabscheidung in Zyklonen, erfolgt zweckmäßig durch Beförderung des Gases durch den zweiten Abschnitt des Wasserdampfgenerators, wie er unter 6 definiert wurde. Das Gas wird auf etwa 120° C gekühlt, wobei man die Wärme für die Wasserdampfproduktion ausnutzt.

Maßnahme 9

Die Staubabscheidung erfolgt in bekannter Weise, wie beispielsweise in einem Venturi-Wäscher. Der Wärmeinhalt des Wasserflusses aus dem Gaswäscher wird zweckmäßig durch Wärmeaustausch mit dem Beschickungswasser zu dem Wasserdampfgenerator, wie er in 6 definiert ist, ausgenutzt. Die nasse Staubabscheidung befreit das Gas von Staub und auch von dem größeren Teil seines Gehaltes an H-O-Dampf.

Maßnahme 10

Die Eliminierung von H₂O und CO₂ in dem Gas, das einer Staubabscheidung gemäß 9 unterzogen wurde, erfolgt in bekannter Weise durch zusätzliches Kühlen und Waschen mit einem geeigneten CO-absorbierenden Mittel, wie einer Pottaschelösung, Monoäthanolaminlösung usw. Die Maßnahme 10 erfolgt bequemerweise unter überdruck, während das C0₂-absorbierende Mittel bequemerweise regeneriert wird, indem man CO» aus ihm mit Hilfe von Wasserdampf bei Atmosphärendruck ausstreift. Das resultierende gemischte Gas enthält im wesentlichen H₂ und CO und enthält kleine Mengen an H₂O und CO₂-

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Maßnahme 11

Benutzung des gemischten Gases gemäß 10 teilweise für verfahrensexterne Zwecke, teilweise für verfahrensinterne Zwecke gemäß 3 und 4.

Verfahrensextern kann das gemischte Gas gemäß 10 auf vielerlei Weise benutzt werden. Es kann beispielsweise zu Erhitzungszwekken in der Eisen- und Stahlindustrie an allen Stellen verwendet werden, wo heute Hochofengas und Koksofengas verwendet wird. Besonders vorteilhaft ist die Produktion von NH, auf der Grundlage von umgewandeltem gemischtem Gas und N_?, das als Nebenprodukt bei der Produktion von 0„ erhalten wird, welche in Verbindung mit der Schmelzreduktion nach der Erfindung stattfindet. Infolge der oben erwähnten "billigen Vergasung" und des "kostenlosen Stickstoffes" wird die Produktion von NH in Verbindung mit der Produktion von Roheisen nach der Erfindung wirtschaftlich sehr vorteilhaft.

Maßnahme 12

Ansatzweises oder kontinuierliches Abstechen von Roheisen und Schlacke. Es muß beachtet werden, daß eine ausreichende Tiefe des Bades gemäß 1 immer aufrechterhalten wird, so lange eine Einspritzung von Brennstoff erfolgt. Die Zugabe eines Schlackebildners gemäß 3 wird zweckmäßig so eingestellt, daß die Schlackenbasizität größer als 0,8, zweckmäßiger größer als 1,0 und vorzugsweise zwischen 1 und 1,5 ist. Es ist auch zweckmäßig, einen relativ hohen Gehalt an MgO in der Auskleidung des Reaktors zu haben. Geeignete Auskleidungsmaterialien sind Graphitkohlesteine und gegossener Magnesit und/oder ein Kühlen der

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Auskleidung derart, daß erstarrte Schlacke die Auskleidung bildet, ist ebenfalls zweckmäßig.

Um das Verfahren nach der Erfindung weiter zu erläutern, wurden Reaktionsformeln in die Tabelle genommen, die schematisch die chemischen Reaktionen in der Schmelzreduktion, der Vorreduktion und der Behandlung des Peaktionsgases in Verbindung mit einigen unterschiedlichen Brennstoffen zeigen.

Die Fälle A, B und D zeigen die ReaktionsformeIn für die Verwendung von Butan, Schweröl bzw. Gasflammenkohle und die Produktion von nur Roheisen mit 4 % C. Der Fall C zeigt die Produktion von Roheisen und gemischtem Gas für äußere Verwendung und mit Schweröl als Brennstoff. Die Reaktionswärme, die sich in den Reaktionen entwickelt, welche in den betreffenden Fällen für die Schmelzreduktion selbst erwähnt sind, entspricht dem Wärmeinhalt in den Reaktionsprodukten bei 1600° C und den Wärmeverlusten in der Schmelzreduktion. Die Zusammensetzung des Reaktionsgases in den betreffenden Fällen entspricht dem Gleichgewicht von Wassergas bei dieser Temperatur, während die Zusammensetzung nach der Vorreduktion dem Gleichgewicht bei 820° C und nach dem Kühlen in dem Wasserdampfgenerator dem Gleichgewicht bei 500 C entspricht.

Die Formeln entsprechen in anderer Hinsicht den in der obigen Beschreibung erwähnten Beispielen und bestätigen auch die oben erwähnten Verhältnisse /1, 2, 3, 4 und 5/ zwischen dem H/C-Verhältnis des Brennstoffes und dem Brennstoffbedarf oder dem Verhältnis H₂/C0 in dem gemischten Gas, zwischen dem Gasvolumen der Gesamtreaktion und dem ausgetragenen Volumen von gemischtem Gas und zwischen dem Brennstoffbedarf, dem abgezogenen Volumen an gemischtem Gas und dem Bedarf an'Sauerstoffgas.

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Das Verfahren nach der Erfindung wird auch nachfolgend in Verbindung mit dem Blockschema in Fig. 2 erläutert, das schematisch die Produktion von Roheisen erläutert. Die nachfolgend erwähnten Werte betreffen eine imaginäre Produktion von 1000 Kt/Jahr an Roheisen bei einer effektiven Betriebszeit von 7000 Std./Jahr, und die erwähnten Mengen beziehen sich alle auf 1 t Fe in der Form von Roheisen mit 4 % C.

Der Brennstoff 201 in Form von 535 kg getrocknetem Kohlepulver (2 % Feuchtigkeit) einer an flüchtigen Bestandteilen reichen Staubkohle und mit folgender Analyse

C HONS Asche Feuchtigkeit 71,4 4,7 5,7 1,3 0,8 7,9 9,0

wird bei 2O2 in die Leitung 203 eingeführt, wo er mit gemischtem Gas (100 Nm ) 205 in dem Kompressor 204 komprimiert, in den Schmelzreduktionsreaktor 206 (Maßnahme 1) durch die inneren öffnungen in den Doppelmanteldüsen 207 (in der Figur ist nur eine gezeigt) in das Roheisenbad 2O8 geblasen wird. Gleichzeitig werden 20 Nm gemischtes Gas 205 durch die äußeren öffnungen eingeblasen. Die Tiefe des Roheisenbades wird über 0,5 mm gehalten und zwar durch eine geeignete Abstichfolge von Roheisen 209 (Nm = Normalkubikmeter).

Zu der Vorreduktion 211 (Maßnahme 2) werden 1650 kg feinkörniges Magnetiterz 212 (Fe =69 %, Gangartgehalt = 5 %),

CJ 6S3IU u

45 kg Staub aus der Naßreinigung (siehe nachfolgend) und 72 kg CaO zugeführt.

Die Vorreduktion wird in Fig. 3 näher erläutert und umfaßt vier Stufen 1 bis 4 im Gegenstrom. Das feste Material 301 wird in den Gasfluß 302, der die Stufe 2 verläßt, eingespeist und in dem

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Gas suspendiert zu der Stufe 1 geführt, in deren Zyklonen es abgetrennt wird, während das Gas bei 312 zu der Maßnahme 8 weitergeht, d.h. zum Kühlen in dem zweiten Abschnitt des Wasserdampfgenerator 221.

Das nunmehr behandelte Material wird in den Gasfluß 305, der die Stufe 3 verläßt, eingespeist und in dem Gas suspendiert zu der Stufe 2 gebracht, in deren Zyklon es abgetrennt wird und in den Gasfluß 307 aus der Stufe 4 eintritt und in dem Zykon 308 in der Stufe 3 abgetrennt wird. Das erhitzte und etwas reduzierte Material tritt in den Gasfluß 309 ein, der aus dem Wasserdampfgenerator (Maßnahme 6) kommt, und wird auf etwa 900° C erhitzt und in dem Gas suspendiert zu der Stufe 4 befördert, in deren Zyklon 310 es abgetrennt wird, und dann wird es bei 311 zu einer Außenleitung in der wassergekühlten Lanze 213 in Fig. 2 gebracht, welcher auch 230 Nm gemischtes Gas 205 zugeführt werden. Gleichzeitig werden 220 Nm Sauerstoffgas 214 aus der Sauerstoffanlage 215 durch den inneren Kanal der Lanze (Maßnahme 3) zugeführt.

Durch die doppelschaligen Düsen 216 in der Wand des Schmelzreduktionsreaktors 206 werden 590 Nm gemischtes Gas 205 durch die Außenkanäle zugeführt, während gleichzeitig 275 Nm Sauerstoff gas 217 durch die Innenkanäle (Maßnahme 4) zugeführt werden.

Mit diesen Mengen an Brennstoff, Erz, gemischtem Gas und Sauerstoffgas erhält das Roheisen 209 einen Kohlenstoffgehalt von etwa 4 %, gleichzeitig wird die Temperatur von etwa 1450° C in dem Roheisenbad aufrechterhalten, und das Volumen an gemischtem Gas in dem Gasbehälter 218 bleibt konstant, vorausgesetzt daß kein gemischtes Gas für äußere Zwecke 219 abgezogen wird. Wenn

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das Volumen in dem Gasbehälter 218 dazu neigen sollte abzunehmen, wird die Brennstoffzufuhr 201 etwas erhöht, wobei die Beschickung an Eisenrohmaterial konstant ist, und gleichzeitig wird die Temperatur in dem Schmelzreduktionskessel 206 auf 1450° C gehalten, indem der Sauerstofffluß 214 zu der Lanze erhöht wird. In dieser Verbindung wird er so geregelt, daß der Kohlenstoffgehalt in dem Bad konstant bleibt.

Das Reaktionsgas 220, das die Schmelzreduktion verläßt, hat eine Temperatur von etwa 16OO° C und ein Volumen von 1770 Nm . Durch Verwendung von zwei Reaktoren mit einem Durchmesser von 5,8 m in der Höhe der Oberfläche des Bades ist die Gasgeschwindigkeit, berechnet auf den Querschnitt der Reaktoren,etwa 9 m/Sek. oder gleich wie während der Anfangsphase des Blasens in einem Thomaskonverter.

Das Reaktionsgas 220 wird einem Abschnitt des Wasserdampfgenerators 221 zugeführt, dessen Gasseite in zwei Abschnitte unterteilt ist. Hier werden die Reaktionsgase auf etwa 900° C unter Bildung von Wasserdampf von hohem Druck und hoher Temperatur (1OO Bar, 500° C) gekühlt (Maßnahme 9). Der Wasserdampf wird in dem Wasserdampfturbinengenerator 222 für die Erzeugung elektrischer Energie verwendet, die unter anderem für die Produktion von Sauerstoffgas 215 verwendet wird. Der Turbinengenerator, dessen Gesamteffekt 38 600 kW beträgt, erzeugt dann 270 kWh, was den Energiebedarf für die Produktion des Sauerstoffgasvolumens, das für die Schmelzreduktion erforderlich ist, deckt.

Wenn das Reaktionsgas durch den ersten Abschnitt in dem Wasserdampfgenerator 221, die Vorreduktion 211 und den zweiten Ab-

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schnitt in dem Wasserdampfgenerator gegangen ist, hat es eine Temperatur von etwa 120° C. In dem Venturi-Wäscher 223 wird das Gas frei von Staub gewaschen und von dem größeren Teil seines Gehaltes an Wasserdampf befreit.

Nach der Kompression auf 2 Bar in dem Kompressor 224, wofür es 4 5 kWh verbraucht, wird das gewaschene Reaktionsgas 22 5 von seinem CO₂~Gehalt durch Waschen mit einer Lösung von Monoäthanolamin 226 befreit. Letzteres wird bei 227 bei Atmosphärendruck durch Ausstreifen von darin gelöstem CO₂ mit Hilfe von Niederdruckdampf 22 8, der von der Wasserdampfturbine 222 abgezogen wird, regeneriert.

Das gemischte Gas 205 aus der C0₂-Absorptionsanlage enthält mehr als 90 % H- + CO, einige wenige Prozente Wasserdampf und einige wenige Prozente C0_. Das gemischte Gas 205 wird für das Einspritzen von Brennstoff in das Roheisenbad, für das Aufblasen auf das vorreduzierte Eisenrohmaterial, für das Einspritzen in die Schaumschlackenschicht und gegebenenfalls für verfahrensexterne Zwecke 219 verwendet. Die Lagerung von gemischtem Gas findet in dem Gasbehälter 218 statt, aus welchem auch gegebenenfalls außerhalb benutztes gemischtes Gas abgenommen wird.

Roheisen 209 und Schlacke 210 werden von dem Reaktionskessel 206 kontinuierlich oder intermittierend abgestochen oder abgenommen.

Die Gesamtzufuhr von Energie für die Produktion von Roheisen mit 4 % C nach dem Verfahren der Erfindung ist in dem oben beschriebenen Beispiel 535 kg Kohle mit der oben erwähnten Analyse und netto 60 kWh elektrische Energie. Dies entspricht einer

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Energiezufuhr von 3,7 4 Gcal/t Roheisen, was der gleiche Energieverbrauch wie in einem modernen Hochofen ist. Unter Berücksichtigung des wesentlichen Unterschiedes in den Energiekosten für die Rohmaterialien für Energie ist jedoch ersichtlich, daß die Energiekosten je Tonne Roheisen für das Verfahren nach der Erfindung etwa die Hälfte der entsprechenden Kosten für das Hochofenverfahren sind. Die folgende Tabelle zeigt den Energieverbrauch

in Gcal/t (Gcal = Gigakalorien =10 Kalorien) Roheisen nach den beiden Methoden:

	Kohle staub	Koks	Öl	Elektri zität	Insgesamt
Hochofen verfahren
Sintern		0,560	0,050	0,065	0,675
Hochofen		2,080	0,800	0,155	3 ,035
					3,710
Verfahren nach der Erfindung	3.590			0,145	3,735

Mit den nachfolgenden Preisen, die beim Jahreswechsel 1975/1976 gültig waren, und unter Annahme, daß das Hochofengas den Bedarf an elektrischer Energie in dem Hochofenverfahren decken kann, erhält man die folgenden Energiekosten für die beiden Verfahren:

En er g i er ohma ter i al Schwedenkronen/Gcal Stückkoks 67 Kohlestaub 42 öl 30
Kohlestaub 25

Verfahren	Energiekosten
	Schwedenkronen/t Roheisen
Hochofen	188
Erfindung	93
Unterschied	95

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Da die notwendigen Kapitalinvestitionen für das Verfahren nach der Erfindung je Tonne und Jahr wesentlich geringer sind als für einen Hochofen und eine Sinteranlage, ist der wirtschaftliche Vorteil bei der Herstellung von Roheisen nach dem Verfahren der Erfindung größer als die obigen Zahlen zeigen.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß sehr geringe schwefelhaltige Emissionen an die Atmosphäre erfolgen.

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Tabelle

Ά Butan

,O2CO+6,76H₂+3FeO+3,96CH_{2 5}+3,84O₂=1,2Fe+O,6Fe₃C+3,41CO+5,37H₂+O,97CO₂+6

-Elektrizitätserzeugung

^Fe3°4

-3FeO+2,12CO+5,66H₂+2,26CO₂+6, Elektrizitätserzeugung

1,O2CO+6,7OH₂I+3,36CO₂+4,

Δ = ο

p=6,63

,26CO+5,6OH₂+3FeO+4,35CH_{1 ?}+3,6OO₂=1,2Fe+O,6Fe₃C+3,82CO+4,O4H₂+1

B Schweröl

Elektrizitätserzeugung

^{+ Fe}3°4

-3FeO+2,4OCO+4,46H-+2,01C0₀+4,83H₀O
\ ± £ f/

Elektrizitätserzeugung

Δ= ο

,26CO+5,6OH₂| +3 ,75CO₂+3 p=4,43

INJ

Ca) CO

CD O

Fortsetzung der Tabelle

,84C0+5,21H_o+3Fe0+6,06CH₁ _+4,530_o=1,

Schweröl

D Grus ,16H₀+1 ,42CO_o+5,19H_o0
2 i.

-Elektrizitätserzeugung

-3FeO+4,15CO+5,89Η_ο+3,15CO_o+4,47H₀O

-Elektrizitätserzeugung

2,62CO+7,

+4,68C0_o+2,94H_o0

ρ=2,82

3 Δ= 0,79CO + 2,21Η

2NH₃ (/^200 kg NH₃/t Fe)

2,11C0+4,20H_o+3Fe0+5,42CH,_ .„,0. _-+3,710_o=1,2Fe+O,6Fe,C+4,94C0+2,37H_o+1,98C0_o+3,96H₀O

• L U, /OJ U, UD ί J \ £· £ £j

Elektrizitätserzeugung

3FeO+3,3OCO+3,02H_o+3,62C0_o+3,21H₀O

-Elektrizitätserzeugung

Δ= ο ρ=1,99

2,11CO+4,2OH₂ +4,81CO₂+2,12H₂O

Ν>

CO CO

Claims

Dr. Hans-Heinrich Willrath tD_62 Wiesbaden ι 19. Juü 1977 Dr. Dieter Weber PosrfaA "·6145 ητ. Wö /wh _ , __, ,,, _, „. Gustav-FreyUf-Strafe B Ut.ne/ΗΠ Dipl.-Phys. KlausSeiffert 2733790 *^41111 "Βί0 " r w ' ^ ^* TclegramnudreiK: WILLPATENT PATENTANWÄLTE T.,.x: 4 -186 247 BLP-1024 Stora Kopparbergs Bergslags Aktiebolag, S-791 01 Falun Verfahren zur Erzeugung von Roheisen durch Schmelzreduktion Priorität; Schwedische Patentanmeldung Nr. 76-08526-5 vom 28. Juli 1976 Patentansprüche

1. Verfahren zur Erzeugung von Roheisen und gegebenenfalls eines üj und CO enthaltenden Gasgemisches durch Schmelzreduktion, bei der die Rohmaterialien aus einem feinkörnige Eisenoxide enthaltenden Material, feinkörnigen festen oder flüssigen oder gasförmigen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen und Sauerstoffgas bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß man Brennstoff in ein

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Fmnkfurt/Mtla «7 U-Mt Benki Dmdiur Buk AG, Wtesbaden, Koeto-Nr. 176107

Roheisenbad in einer derart eingestellten Tiefe einspritzt, daß der Kohlenstoffgehalt des Brennstoffes sich in dem Roheisen löst, wobei der Brennstofffluß so eingestellt wird, daß ein Kohlenstoffgehalt größer als 2 % in dem Bad aufrechterhalten wird, das vorzugsweise vorreduzierte, Eisenoxid enthaltende Material mit Hilfe von gemischtem Gas, das wie nachfolgend angegeben erzeugt wurde, durch einen, vorzugsweise den äußeren, Kanal in einer doppelschaligen Lanze auf die Oberfläche des Roheisenbades bläst und gleichzeitig einen, wie nachfolgend angegeben eingestellten Sauerstoffgasstrom durch den äußeren Kanal aufbläst, wobei der Strom von gemischtem Gas so eingestellt wird, daß der Wärmefluß, den man durch Verbrennung des gemischten Gases mit dem Sauerstoffgas erhält, wenigstens so groß ist, daß er für das Erhitzen und Schmelzen des vorreduzierten Materials, das das gemischte Gas begleitet, ausreicht, wie nachfolgend produziertes gemischtes Gas nach dem Abziehen gegebenenfalls für verfahrensexterne Zwecke und für das Aufblasen von vorreduziertem Material auf die Oberfläche des Roheisens in die Schaumschlackenschicht, die sich oben auf der Roheisenschmelze bildet, durch vorzugsweise die äußeren Kanäle doppelschaliger Düsen, durch deren innere Kanäle ein eingestellter Sauerstoffstrom geblasen wird, einbläst, wobei ein Molverhältnis von O₂/(H₂ + CO) kleiner als 0,5 in jeder der doppelschaligen Düsen aufrechterhalten wird, den Sauerstoffstrom zu der doppelschaligen Lanze so einstellt, daß der Wärmefluß, der durch die Verbrennung des gemischten Gases für das Blasen und des gemischten Gases für das oben genannerzeugt wird

te Einblasen/zusammen mit dem in dem Roheisen gelösten Kohlenstoff den Bedarf an Reaktionswärme für die Schmelzreduktion,

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den Unterschied in den Wärmeinhalten zwischen den Rohmaterial- und Produktströmen sowie die Wärmeverluste deckt, das die Schmelzreduktion verlassende Reaktionsgas, zweckmäßig nach Ausnutzung von dessen Wärmeinhalt und Verwendung desselben für die Vorreduktion, naß reinigt und von seinem Gehalt an H₃O und CO, befreit und das resultierende gemischte Gas für die oben erwähnten Zwecke verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man

2.1. einen gemäß 2.5.1 eingestellten Brennstofffluß, zweckmäßig in mehrere Teilflüsse unterteilt, in ein Roheisenbad in einer Tiefe unterhalb der Oberfläche des Bades einspritzt, wobei diese Tiefe so eingestellt ist, daß der Kohlenstoffgehalt des Brennstoffes sich vollständig oder fast vollständig in dem Roheisenbad löst,

2.2. den Hauptteil des Eisengehaltes in einem eingestellten Fluß von Eisenoxide enthaltendem Material zu FeO vorreduziert, wobei die Reduktion mit Hilfe von reduzierendem Gas gemäß 2.7 durchgeführt wird,

2.3. das vorzugsweise heiße, eisenoxidhaltige, gemäß 2.2 vorreduzierte Material, gegebenenfalls im Gemisch mit einem Schlackebildner, auf vorzugsweise den mittigen Teil der Oberfläche des Roheisenbades gemäß 2.1 mit Hilfe eines Flusses von gemischtem Gas aus der Maßnahme 2.11, der in 2.5.2 eingestellt wurde, durch einen, vorzugsweise den äußeren. Kanal in einer doppelschaligen Lanze bläst, wobei ein gemäß 2.5.4 eingestellter Sauerstoffgasfluß durch den ande ren Kanal zugeführt wird.

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2.4. den Reststrom von gemischtem Gas aus 2.11 durch doppelschalige Düsen in die Schaumschlackenschicht einbläst, wobei der Reststrom zweckmäßig in mehrere Teilströme unterteilt wird, das gemischte Gas vorzugsweise durch die äußeren Kanäle in den Düsen eingeblasen wird, während Sauerstoff gas durch die inneren Kanäle eingeblasen wird, und der Sauerstoffstrom gemäß 2.5.3 eingestellt wird,

2.5.1. den Brennstofffluß gemäß 2.1 derart einstellt, daß der Kohlenstoffgehalt in dem Roheisen größer als 2 Gewichts-%, zweckmäßig 2,5 bis 5 Gewichts-%, vorzugsweise 3,0 bis

4,5 Gewichts-% ist,

2.5.2. den Fluß von gemischtem Gas für das Blasen gemäß 2.3 derart einstellt, daß die Verbrennung dieses Flusses mit dem Sauerstoff wenigstens ausreichend Wärme für das Erhitzen, Schmelzen und überhitzen des durch das gemischte Gas beförderten vorreduzierten Materials erzeugt,

2.5.3. den Sauerstofffluß zu den Einspritzdüsen gemäß 2.4 für die Verbrennung des Reststromes von gemischtem Gas gemäß 2.11 derart einstellt, daß das molekulare Strömungsverhältnis von O₂/(CO +H₂) in den Düsen auf weniger als 0,5, vorzugsweise auf 0,45 bis 0,49 gehalten wird,

2.5.4. den Sauerstofffluß während des Blasens gemäß 2.3 derart einstellt, daß der durch die Verbrennung des gemischten Gases für das Blasen gemäß 2.3 und des in dem Roheisen gelösten Kohlenstoffes erzeugte Wärmefluß zusammen mit dem gemäß 2.5.2 und 2.5.3 erzeugten Wärmefluß die Reaktionswärme für die Schmelzreduktion, den Unterschied im Wärmeinhalt zwischen den Rohmaterial- und Produktströmen

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und die Wärmeverluste aus dem Reaktor deckt, so daß die erwünschte Temperatur in dem Reaktor über 1250° C, vorzugsweise zwischen 14OO und 1600° C gehalten wird,

2. 6. in bekannter Weise das Roheisenbad verlassendes Reaktionsgas unter Ausnutzung des Wärmeinhaltes tempert,

2. 7. das gemäß 2.6 getemperte Reaktionsgas als ein Reduktionsgas gemäß 2.2 verwendet,

2. 8. in bekannter Weise das Gas aus der Vorreduktion kühlt und dessen Wärmeinhalt ausnutzt,

2. 9. in bekannter Weise das gemäß 2.8 gekühlte Reaktionsgas unter Ausnutzung eines Teils seines Wärmeinhaltes einer Staubabscheidung unterzieht,

2.10. in bekannter Weise durch Kondensation und Absorption den Gehalt an H_0 + CO₂ in dem gemäß 2.9 der Staubabscheidung unterzogenen Gas beseitigt und so ein CO + H₂ und kleine Mengen an CO _ und H^O enthaltendes gemischtes Gas erhält,

2.11. gegebenenfalls einen eingestellten Teil von gemischtem Gas, das nach 2.10 erhalten wurde, für äußere Verwendung, innere Verwendung eines Teils des gemischten Gases, der gemäß 2.5.2 für das Blasen gemäß 2.3 eingestellt wird, und den Reststrom für das Einblasen in die Schaumschlackenschicht gemäß 2.4 abzieht und

2.12. ansatzweise oder kontinuierlich produziertes Roheisen und Schlacke abnimmt, wobei das Abnehmen von Roheisen so eingestellt wird, daß man eine ausreichende Tiefe des Bades gemäß 2.1 aufrechterhält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Einspritzen von Brennstoff in mehreren Teilströmen gemäß

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2.1 derart durchführt, daß man aufwärts gerichtete Ströme von Roheisen in dem mittigen Teil des Reaktors und entlang der Wand desselben erhält.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man flüssige Brennstoffe durch dreischalige Düsen einspritzt, wobei der Brennstoff durch die mittleren Kanäle eingepumpt wird, und daß man ein Gas, welches bezüglich des Roheisens inert ist, zweckmäßig gemischtes Gas, mit hoher Geschwindigkeit, zweckmäßig Überschallgeschwindigkeit, durch die äußeren und inneren Kanäle bläst.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Blasen gemäß 2.3 derart durchführt, daß der Impuls von den Verbrennungsgasen von der Düsenflamme an der Spitze der doppelschaligen Lanze nicht ausreichend groß ist, Roheisen in merklichem Umfang in Tropfenform zu emulgieren und sie in der Schaumschlackenschicht zu verteilen.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Wärmeinhalt des Reaktionsgases beim Tempern gemäß 2.6 in einem Abschnitt eines Wasserdampfgenerators, dessen Gasseite in zwei Abschnitte unterteilt ist, benutzt, wobei auf eine solche Temperatur getempert wird, daß bei Verwendung des Gases für die Vorreduktion gemäß 2.7 die resultierende Senkung der Temperatur dem Wärmebedarf in der Vorreduktion entspricht.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kühlen des Gases aus der Vorreduktion gemäß 2.8 unter Ausnutzung des Wärmeinhaltes in dem anderen Abschnitt des Wasserdampfgenerators gemäß Anspruch 6 durchführt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Staubabscheidung des gemäß 2.8 gekühlten Gases durch Kühlung mit Wasser, zweckmäßig in einem Venturi-Wäscher durchführt, wobei der Wärmeinhalt in dem Waschwasser für das Vorheizen des Beschickungswassers zu dem Wasserdampfgenerator gemäß Anspruch 6 benutzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man gemischtes Gas abzieht und zur Herstellung von NH_ benutzt, indem man es in bekannter Weise mit N₂ aus der Herstellung des für die Roheisengewinnung notwendigen O₂ umsetzt.

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