DE2735404A1

DE2735404A1 - Verfahren zum aufbereiten von eisenerzpellets

Info

Publication number: DE2735404A1
Application number: DE19772735404
Authority: DE
Inventors: Kazuo Kiyonaga
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1976-08-06
Filing date: 1977-08-05
Publication date: 1978-02-09
Also published as: US4278462A; ES461386A1; ZA774502B; NO772761L; SE7708935L; NL7708716A; AU505914B2; FI772372A; AU2766777A; JPS5319122A; FR2360679A1; BR7705180A; BE857564A; CA1095254A

Description

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L-1O926-G

UNION CARBIDE CORPORATION 270 Park Avenue, New York, N.Y. 10017, V.St.A.

Verfahren zum Aufbereiten von Eisenerzpellets

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von Eisenerzpellets in einem aufrecht stehenden Schachtofen, wobei die Pellets eine Härtung erfahren.

Das Pelletieren von Eisenerzkonzentraten zur Verwendung als Einsatzmaterial in Hochöfen hat in der Stahlindustrie an Bedeutung gewonnen. Dies ist auf das Bemühen zurückzuführen, den erhöhten Bedarf an Eisen und Stahl mit Erzen von geringerer Güte und Erzen zu befriedigen, die aus Veredelungsanlagen kommen, wobei alle diese Erze für gewöhnlich in Form von fein unterteilten Partikeln vorliegen, die zu fein zerteilt sind, um sie in einem Hochofen unmittelbar verarbeiten zu können.

Der Hauptzweck des Pelletierens besteht dabei darin, die Möllerdurchlässigkeit und den Gas-Feststoff-Kontakt im Hochofen zu verbessern, um dadurch die Reduktionsrate zu steigern. Daneben soll die Menge an Feinstoffen vermindert werden, die aus dem Hochofen in das Gasaufbereitungssystem geblasen werden.

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Industriell brauchbare Pellets müssen fest genug sein, um während der Lagerung, Handhabung und des Transports nicht beschädigt zu werden; sie müssen ferner den hohen Temperaturen und zerstörerischen Kräften innerhalb des Hochofens standhalten können, ohne daß es zum Setzen oder Dekrepitieren kommt.

Im Rahmen von typischen Pelletierverfahren werden Kugeln aus Eisenerzkonzentrat von zweckentsprechendem Feuchtigkeitsgehalt mit einem Durchmesser von 9,5 mm bis 25,4 mm in einer rotierenden Trommel oder auf einer rotierenden Scheibe gebildet, worauf die "grünen" Kugeln oder Pellets in einem Ofen auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt werden, um die Pellets bis zu einer Festigkeit zu härten, die den Einsatz in Hochöfen ermöglicht. Die vorliegend interessierenden Pellets enthalten ein oxydierbares Material, für gewöhnlich Magnetit (Fe₃O₄). Andere oxydierbare Stoffe sind Eisen und feste Brennstoffe, wie Koks, Kohle oder Holzkohle, die dem Pelletiergemisch gelegentlich in fein zerteiltem Zustand zugefügt werden, um während des Härtungsvorgangs den Pellets zusätzliche Wärme zuzuführen. Das Eisenerzkonzentrat, um das es vorliegend insbesondere geht, enthält mindestens ungefähr 30 % Magnetit, etwas Eisen oder andere Eisenverbindungen, wie Hämatit, und eine kleine Menge an Verunreinigungen, wie Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und Magnesiumoxid. Eines dieser Konzentrate ist als veredelter Taconit bekannt. Häufig werden vor oder während dem Ro-

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tieren der Trommel oder Scheibe Bindemittel zugesetzt, um die Naßfestigkeit der grünen Pellets auf für die anschließende Handhabung brauchbare Werte zu steigern.

Der aufrecht stehende Schachtofen stellt eine der Ofenarten dar, die für das Harten von grünen Pellets kommerziell eingesetzt werden. Ein solcher Schachtofen ist typischerweise ungefähr 18 m hoch und hat einen rechteckigen Querschnitt von 2,4 m χ 6,2 m. Die jährliche Kapazität eines solchen Ofens liegt in der Größenordnung von 500 000 t. Kammern für die Verbrennung von Öl oder Gas befinden sich auf jeder Seite des Schachtofens. In diesen Kammern erzeugte Gase von hoher Temperatur werden in den Ofen um seinen Umfang herum über Durchlässe hineingetrieben, die nahe der Oberseite der Verbrennungskammern sitzen. Die grünen Pellets werden mit Hilfe von Förderern ständig zur Oberseite des Schachtofens gebracht. Dabei halten die Förderer eine im wesentlichen ebene Beschickungsoberfläche aufrecht, während gehärtete Pellets am unteren Ende ständig abgezogen werden. Während die Pellets im Schachtofen mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 33 mm/min nach unten rutschen, werden sie im oberen Abschnitt (über den Verbrennungskammerdurchlässen) getrocknet, vorgewärmt und dann auf ungefähr 132O°C erhitzt, und zwar durch hochsteigende Luft, die im unteren Abschnitt des Ofens durch die sich nach unten bewegenden heißen Pellets vorgewärmt wird, durch Verbrennungskammergase und durch die bei der Oxydation von Magnetit zu Hämatit (eine exotherme

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Reaktion) freigesetzte Wärme sowie in einigen Fällen durch Oxydation von weiteren Brennstoffen, die den Pellets zugesetzt wurden. Wenn sich die Pellets in den unteren Abschnitt bewegen, werden sie durch die im Gegenstrom fließende Luft gekühlt, die am unteren Ende des Ofens eingeleitet wird. Klumpenbrecher brechen die leicht agglomerierten Pellets auseinander, bevor die Pellets weiter mit Luft gekühlt und anschließend ausgetragen werden. Ziel ist es, die grünen Pellets in oxydierte, feste und harte Pellets umzuwandeln, die abriebfest sind.

Nach dem Einführen der Verbrennungsgase über die Verbrennungskammerdurchlässe, d. h. stromabwärts bezogen auf die Bewegung der Pellets, befinden sich Bereiche·, in denen Oxydation, Wärmerückgewinnung, Kühlung und Austrag erfolgen; diese Bereiche schließen eine Zone ein, die eine mittlere Temperatur im Bereich von ungefähr 59O C bis ungefähr 12O5°C hat. Diese Zone ist vorliegend von Interesse; auf sie wurde bisher nicht im einzelnen Rücksicht genommen.

Eine feste Bindung in den gehärteten Pellets, die im Schachtofen erzeugt werden, dürfte auf das Kornwachstum auf Grund der begleitenden Oxydation von Magnetit zu Hämatit und auf die Rekristallisation des Hämatits zurückzuführen sein. Die exotherme Oxydationsreaktion liefert typischerweise ungefähr 87 kWh/t Pellets.

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Die Festigkeit von gehärteten Pellets wird im allgemeinen an Hand von Druck- und Trommeltests bestimmt. Obwohl die Sollwerte für Pellets je nach ihrer Herkunft und Bestimmung variieren, liegt die vorgeschlagene Mindestdruckfestigkeit für einzelne Pellets zwischen ungefähr 136 kp für Pellets mit einem Durchmesser von 6,35 mm und ungefähr 363 kp bis ungefähr 680 kp für Pellets mit einem Durchmesser von 25,4 mm. Im Trommeltest werden 11,3 kg Pellets mit einem Durchmesser von 6,35 mm und mehr 2OO Umdrehungen lang bei 24 - 1 U/min in einem Trommel tumbler getrommelt und dann gesiebt. Befriedigende kommerzielle Pellets enthalten nach dem Trommeltest im allgemeinen weniger als ungefähr 6 % an Feinstoffen mit einer Teilchengröße von weniger als 0,63 mm, und mehr als ungefähr 9O % Pellets mit einem Durchmesser von 6,35 mm und mehr. In einigen Fällen wird der Trommelindex in der Weise modifiziert, daß nur die mehr als 6,35 mm großen Pellets vor und nach dem Trommeltest gemessen werden und der Preis je Tonne an versandten Pellets entsprechend bemessen wird. Da die Produktion einer Pelletieranlage in die Millionen Tonnen je Jahr geht, kann bereits eine geringfügige Verbesserung des Trommelindex (Güte) von beispielsweise etwa 2 % einen erheblichen Zusatzprofit für die Anlage darstellen.

Es versteht sich, daß einer der wichtigen Faktoren bei der Güteverbesserung der Pellets sowohl hinsichtlich der Druckfestigkeit als auch des Trommelindex darin besteht, für eine

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wirkungsvollere Umwandlung von Magnetit in Hämatit im Ofen zu sorgen; das Ziel besteht naturgemäß ddrin, daß alle erzeugten Pellets im wesentlichen aus Hämatit bestehen oder mindestens einen höheren Hämatitgehalt haben.

Die Oxydation von Magnetit zu Hämatit wahrend des Pelletierver^fahrens ist nicht nur wichtig, weil Humatit trotz seines höheren Sauerstoffgehalts im Hochofen leichter reduziert wird, sondern weil im Pelletierverfahren die Umwandlung von Magnetit zu Hämatit, die eine stark exotherme Reaktion darstellt, das Kornwachstum und das Sintern der Eisenerzkonzentratpartikel begünstigt, so daß harte, feste Pellets erhalten werden, die besonders abriebfest sind.

Da die Reaktionsgeschwindigkeit von Magnetit in im wesentlichen reinem Sauerstoff um ein Mehrfaches größer als in Luft ist, wurde bereits vorgeschlagen, die Verbrennungsgase und die Luft im Ofen mit Sauerstoff anzureichern. Das Volumen der durch eine Pelletieranlage hindurchgeführten Gase ist jedoch so groß, daß jede nennenswerte Steigerung der Sauerstoffkonzentration unwirtschaftlich hohe Sauerstoffmengen erfordert; das heißt, die Kosten des Sauerstoffs, der notwendig ist, um eine größere Anzahl von Pellets zu bilden, die im wesentlichen aus Hämatit bestehen oder einen höheren Hämatitgehalt haben, übersteigen die zusätzlichen Einkünfte auf Grund der höheren Pelletgüte. Außerdem ist zu berücksichtigen, daß ein großer Prozentsatz des zusätzlichen

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Sauerstoffs auf jeden Fall verlorengeht, weil er über Pellets strömt, die auch bei einem konventionellen Arbeitsablauf im wesentlichen in Hämatit umgewandelt wurden oder mindestens einen ausreichenden Hamatitgehalt hätten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber herkömmlichen Pelletierprozessen verbessertes Verfahren zu schaffen, bei dem der Hamatitgehalt der gehärteten Pellets vergrößert und die Gesamtgüte der Pellets auf diese Weise verbessert wird.

Ein Verfahren zum Härten von oxydierbaren grünen Eisenerzpellets in einem aufrecht Stehenden Schachtofen, bei dem die Pellets durch den Ofen geführt und dabei durch Kontakt mit heißen Verbrennungsgasen und Luft erhitzt werden, wobei der Ofen eine stromab von der Einleitungsstelle der Verbrennungsgase liegende Zone aufweist, in der eine mittlere Temperatur im Bereich von ungefähr 59O°C bis ungefähr 1205 C herrscht, ist erfindungsgerr.äß dadurch gekennzeichnet, daß auf die durch den Umfangsbereich der Zone hindurchlaufenden Pellets mehrere Sauerstoffströme derart gerichtet werden, daß

(a) jeder Strom in den Ofen ungefähr 25 mm bis ungefähr 152 mm weit, gemessen von der Innenseite der Ofenwand entlang einer zu der gedachten lotrechten Achse des Ofens senkrechten Linie,eindringt;

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(b) die Geschwindigkeit jedes Stromes ausreicht, um den Strom im wesentlichen daran zu hindern, entlang der Ofenwand nach oben zu strömen;

(c) die Einleitungsstellen der Ströme auf der Innenseite der in der Zone befindlichen Ofenwand liegen und

(d) jede gedachte lotrechte Linie, die parallel zur gedachten lotrechten Achse des Ofens verlauft und auf der eine Einleitungsstelle liegt, nicht mehr als ungefähr 3O5 mm von einer anderen derartigen gedachten Linie entfernt ist, auf der eine andere Einleitungsstelle liegt.

Die Ausbildung der grünen Pellets ist oben geschildert und erfolgt auf herkömmliche Weise. Die Erfindung richtet sich auf den Teil des Pelletierprozesses, innerhalb dessen grüne Pellets in dem für die Verwendung im Hochofen erforderlichen Maße gehärtet werden. Wie ebenfalls ausgeführt ist, sind die Vorrichtung, d. h. der Schachtofen, zur Durchführung des Härtungsvorganges, die anfängliche Zusammensetzung der grünen Pellets, die grundlegenden Phasen des Härtungsprozesses und die Verbrennungsgase sowie die Luft, die bei dem Verfahren benutzt werden, konventionell; sie werden vorliegend im Rah men eines verbesserten Arbeitsablaufes eingesetzt.

Die Verbesserung besteht im wesentlichen darin, daß mehrere Sauerstoffströme unter einer Reihe von bestimmten Bedingungen auf die Pellets gerichtet werden, die durch den Umfangs- oder Randbereich einer Zone von bestimmter Temperatur hin-

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durchlaufen. Diese Zone liegt, wie erwähnt, auch bei dem herkömmlichen Betrieb von Schachtofen vor, wurde bis jetzt jedoch nur als Teil eines Ofenabschnittes charakterisiert, innerhalb dessen Oxydation, Wärmerückgewinnung und Kühlung stattfinden.

Die ausgewählte Zone ist die Zone, wo die mittlere Temperatur im Bereich von ungefähr 59O°C bis ungefähr 12O5°C und vorzugsweise von ungefähr 7OO°C bis ungefähr 1100 C liegt.

Bei dem Sauerstoffstrom kann es sich um ein Gasgemisch handeln, das einen größeren Anteil oder mehr als 5O Vol. % Sauerstoff aufweist. Vorzugsweise handelt es sich jedoch um ein Gasgemisch mit mindestens ungefähr 9O oder 95 Vol.% Sauerstoff. Der kommerziell abgegebene Sauerstoff besteht im wesentlichen aus reinem Sauerstoff; derartiger Sauerstoff läßt sich in der Regel am leichtesten beschaffen.

Es wurde gefunden, daß dadurch, daß Sauerstoff auf die Pellets im Umfangsbereich der Zone mit vorgegebener Temperatur unter den angegebenen Bedingungen gerichtet wird, eine maximale Oxydation bei kleinstem Sauerstoffverbrauch erzielt wird, wodurch die Temperatur der Pellets erhöht wird und eine wirkungsvollere thermische Bindung eintritt, die die Gesamtqualität der Pellets zusätzlich steigert.

Der Umfangsbereich der Zone wird durch die erforderliche

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Eindringtiefe des Sauerstoffstroms bestimmt, die ungefähr 25 mm bis ungefähr 152 mm beträgt, und zwar gemessen von der Innenseite der Ofenwand entlang einer zu der gedachten lotrechten Achse des Schachtofens senkrechten Linie. Die bevorzugte Eindringtiefe liegt zwischen ungefähr 51 mm und ungefähr 127 mm. Der Strom dringt über den unmittelbar benachbart der Wand liegenden Raum im wesentlichen ohne Verlust an Sauerstoff vor; die Sauerstoffmenge nimmt jedoch entlang der Bahn des Stromes ab, während Sauerstoff in Reaktion tritt.

Das Einleiten der Sauerstoffströme kann erfolgen, indem eine Gruppe von Einblasöffnungen in gleicher Höhe oder in verschiedenen Höhen um den Umfang des Ofens verteilt angeordnet wird, wobei zwischen den Öffnungen ein minimaler Abstand, beispielsweise ein Abstand von 25 mm bis 76 mm, besteht. In diesem Falle verläuft jeder Sauerstoffstrom senkrecht zur Wand oder Achse. Günstiger ist es in der Regel, die Einblasstellen weiter auseinanderzulegen, beispielsweise in Abständen von 152 mm vorzusehen, und jeden Injektor mit zwei Einblasöffnungen auszustatten, wobei die Ströme in einem gegenseitigen Winkel von 9O bis 16O° oder bezogen auf die Wand in einem Winkel von ungefähr 10 bis 45 verlaufen. Ein solcher Mehrdüseninjektor überstreicht eine größere Fläche. Die Sauerstoffdurchflußmengen können bei diesen Anordnungen konstant gehalten werden. Eine andere Betriebsweise läßt sich als Impulsstrombetrieb bezeichnen. Dabei wird mit ei-

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ner alternierenden oder sich periodisch ändernden Durchflußmenge gearbeitet. Die Injektoren sind in diesem Fall entlang dem Umfang des Ofens mit zwei oder mehr Sammelleitungen verbunden. In vorgegebenen Intervallen wird der gesamte Sauerstoffstrom jeweils durch eine der Sammelleitungen geschickt. Ein vollständiger Umlauf des Gasverteilungsmusters erfolgt beispielsweise innerhalb von 2 Minuten oder weniger. Die Sauerstoffdurchflußmengen durch die Injektoren werden entsprechend vergrößert. Die Eindringtiefe und der überstrichene Bereich werden gesteigert. Es wird für eine raschere Oxydation der Pellets gesorgt. Innerhalb der Zone kann mit verschiedenen Verteilungsmustern der Einblasöffnungen gearbeitet werden, vorausgesetzt, daß die obengenannte Abstandsbedingung eingehalten wird, d. h. daß jede gedachte Linie, die parallel zu der gedachten lotrechten Achse des Ofens verläuft und auf der eine Einleitungsstelle liegt, nicht mehr als ungefähr 305 mm und vorzugsweise nicht weniger als ungefähr 13 mm von jeder anderen derartigen gedachten Linie entfernt ist, auf der eine andere Einleitungsstelle liegt.

Außer den beschriebenen Stromverteilungen kann auch mit verschiedenen anderen Verteilungsmustern gearbeitet werden. Die Gesamtdurchflußmenge wird anfänglich an Hand einer Analyse von Proben der Pellets im Umfangsbereich der Zone bestimmt, bevor mit den definierten Bedingungen gearbeitet wird. Die Durchflußmenge für jeden Injektor kann dann an Hand der gewünschten Mengen- und Stromverteilung gewählt

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werden, unabhängig davon, ob mit kontinuierlichen, alternierenden oder intermittierenden Verteilungen gearbeitet wi rd.

Vorzugsweise sind die lotrechten Abstände der Einblasöffnungen derart gewählt, daß der Abstand zwischen der der Oberseite des Ofens am nächsten liegenden Öffnung (oder Sauerstoff einleitungssteile) und der Öffnung, die von der Oberseite des Ofens am weitesten abliegt, nicht mehr als ungefähr 915 mm beträgt. Die Messung erfolgt entlang einer gedachten lotrechten Linie, die parallel zu der gedachten lotrechten Achse des Ofens verläuft, von der an der Oberseite des Ofens auf der lotrechten Linie liegenden Stelle aus zu der betreffenden Öffnung entlang der gleichen gedachten Linie. Die Messungen erfolgen für die am nächsten liegende Öffnung und für die am weitesten abliegende Öffnung; die Differenz zwischen beiden soll vorzugsweise nicht mehr als ungefähr 915 mm betragen.

Die dem Umfangsbereich der Zone zugeführte Sauerstoffmenge reicht normalerweise aus, um im wesentlichen den gesamten Magnetit im Umfangsbereich der Zone auf theoretischer Basis in Hämatit umzuwandeln. Es versteht sich, daß zur Bestimmung dieser Menge die gleiche Analyse benutzt werden kann, wie sie oben für die Bestimmung der Durchflußmenge erläutert ist. Vorzugsweise werden ungefähr 0,3 Mol bis ungefähr 2 Mol Sauerstoff für jedes Mol Magnetit vorgesehen, das

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durch den Umfangsbereich der genannten Zone hindurchläuft. Je höher die gewünschte Güte des Pelletprodukts ist, eine desto größere Menge an Sauerstoff kann jedoch verwendet werden. In jedem Falle erfolgt eine Qualitätsverbesserung.

Es zeigte sich, daß die Geschwindigkeit des Stromes ausreichend hoch gewählt werden sollte, um die Neigung des Sauerstoffs im wesentlichen zu überwinden, entlang der Ofenwand nach oben zu strömen, was auf die höhere Durchlässigkeit in diesem Bereich der Schachtanordnung zurückzuführen ist. Diese Geschwindigkeit kann zwischen ungefähr 3 m/s und ungefähr 3O5 m/s liegen; sie ist vorzugsweise größer als ungefähr 15 m/s. Dies wird in konventioneller Weise dadurch erreicht, daß der Druck eingestellt wird, mit dem der Sauerstoffstrom zugeführt wird, und/oder daß entsprechend bemessene Düsen verwendet werden.

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Claims

I'ATLNTANWALT DIPL.-INC. GERHARD SCHWAN IHN M ' tiltN.tIKASM Jt Ansprüche

1. Verfahren zum Härten von oxydierbaren grünen Eisenerzpellets in einem aufrecht stehenden Schachtofen, bei dem die Pellets durch den Ofen geführt und dabei durch Kontakt mit heißen Verbrennungsgasen und Luft erhitzt werden, wobei der Ofen eine stromab von der Einleitungsstelle der Verbrennungsgase liegende Zone aufweist, in der eine mittlere Temperatur im Bereich von ungefähr 59O C bis ungefähr 12O5 C herrscht, dadurch gekennzeichnet, daß auf die durch den Umfangsbereich der Zone hindurchlaufenden Pellets mehrere Sauerstoffströme derart gerichtet werden, daß

(a) jeder Strom in den Ofen ungefähr 25 mm bis ungefähr 152 mm weit, gemessen von der Innenseite der Ofenwand entlang einer zu der gedachten lotrechten Ach se des Ofens senkrechten Linie, eindringt;

(b) die Geschwindigkeit jedes Stromes ausreicht, um den Strom im wesentlichen daran zu hindern, entlang der Ofenwand nach oben zu strömen;

(c) die Einleitungsstellen der Ströme auf der Innenseite der in der Zone befindlichen Ofenwand liegen und

(d) jede gedachte lotrechte Linie, die parallel zur lotrechten Achse des Ofens verläuft und auf der eine Einleitungsstelle liegt, nicht mehr als ungefähr

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FERNSPRECHER: 0411/6012039 ■ KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN

3C5 mm von einer anderen derartigen gedachten Linie entfernt ist, auf der eine andere Einleitungsstelle liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Ströme ungefähr 3 m/s bis ungefähr 3O5 m/s beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Sauerstoffmenge größer als die Menge ist, die theoretisch erforderlich ist, um allen im Umfangsbereich der Zone vorhandenen Magnetit in Hamatit umzuwandeln.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströme im wesentlichen aus Sauerstoff bestehen.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindringtiefe der Ströme zwischen ungefähr 50 mm und ungefähr 130 mm liegt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zone eine mittlere Temperatur im Bereich von ungefähr 7OO°C bis ungefähr 11OO°C aufrechterhalten wird.

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gedachten lotrechten Linien einen gegenseitigen Abstand von mindestens ungefähr 13 mm haben.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Ströme mindestens ungefähr

15 m/s beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmenge der Ströme periodisch geändert wird.

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