DE2935707A1

DE2935707A1 - Verfahren zur direktreduktion von metalloxiden und vorrichtung zu seiner durchfuehrung

Info

Publication number: DE2935707A1
Application number: DE19792935707
Authority: DE
Inventors: Donald Beggs; Robert Milton Escott
Original assignee: Midrex Corp
Current assignee: Midrex International BV Rotterdam Zurich Branch
Priority date: 1978-09-08
Filing date: 1979-09-04
Publication date: 1980-03-20
Also published as: JPS5756528B2; MY8400367A; BR7905516A; SU1082328A3; FR2435530B1; ZA794289B; FR2435530A1; AR218996A1; JPS5538995A; GB2032594A; CA1119813A; MX151937A; EG14104A; US4188022A; AU526797B2; AU4965279A; GB2032594B; DE2935707C2

Description

BLUMBACH · WSSER · 5ER8EN

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEiJ

Patentconsult Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult

Midrex Corporation One NCKB Plaza Charlotte, North Carolina 28280, ü. S. A.

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24. August 1979 HO/ku

Verfahren zur Direktreduktion von Metalloxiden und Vorrichtung zu seiner Durchführung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Oberbegriff des Anspruchs 9.

öfen mit kaltem Auslaß zur Direktreduktion von Eisenoxiden zu Eisenschwamm haben sich kommerziell als sehr erfolgreich erwiesen» Das bloße Fortlassen der Kühleinrichtung für einen Direktreduktionsofen reicht zur Schaffung eines sufrieden-

München: I?. Kramer Dipl.-Ing. ■> V/. 'i/eser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-ing. . P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. . G. Zwirner Dipi.-lng. Dipl.-W.-Ing.

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stellenden Ofens mit heißem Auslaß jedoch nicht aus. In Gegenstrom-Schachtöfen allgemein und in Schachtöfen für die Direktreduktion von Eisen im besonderen herrscht der höchste Gasdruck im Ofen wegen des aufwärts gerichteten Gasstromes immer im unteren Ofenbereich, Bei der Direktreduktion von Eisen sind die Gase im Ofen infolge ihres hohen Gehalts an CO und H₂, die zur Reduktion von Eisen erforderlich sind, hoch entflammbar.

Bei Schachtöfen, die hoch entflammbare Gase enthalten besteht im Auslaßbereich des Ofens, von dem die verarbeiteten Feststoffe ausgelassen werden, eine Feuergefahr, die sowohl zu Verletzungen von Personen als auch zur Beschädigung der Anlage führen kann. Dies gilt insbesondere, wenn die Feststoffe zur weiteren Verarbeitung, etwa der Heißbrikettierung direkt reduzierten Eisens heiß ausgegeben werden. Das Hauptproblem, das es zu beherrschen gilt, ist daher, daß die Ofenauslaßöffnung mit einer Einrichtung zur Verhinderung eines Ofengas-Leckflusses versehen wird. Mechanische Ventile oder Schleusen wurden ohne Erfolg bei Direktreduktionsofen mit heißem Auslaß ausprobiert. Diese mechanischen Vorrichtungen neigen wegen der Weichheit und Klebrigkeit des heißen, reduzierten Eisenprodukts dazu, sich zu verstopfen oder zu blockieren. Dies führt gewöhnlich dazu, daß solche Ventile lecken.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Direktreduktion sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die es gestatten, kontinuierlich ein heißes, direktreduziertes, metallisiertes Produkt auszugeben, das für eine nachfolgende Agglomeration oder eine einfache Handhabung geeignet ist» Dies soll ohne mechanische Dichtung zur Begrenzung des Entweichens von Ofengasen oder Reduktionsgasen durch die Produkt-Auslaßöffnung möglich seiiio

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw, 9 gelöst»

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung eines heißen, direktreduzierten Eisenprodukts in Pelletform ο Ein geschlossener Schachtofen,, in dem sich leicht brennbare Gase befinden„ ist mit einer Gasdichtung am Ofenauslaß versehen, die eine Abdichtung gegen ein Ausströmen dieser leicht brennbaren Gase bewirkt,, Die Gasdichtung umfaßt Einrichtungen zur Rezirkulierung eines nicht brennbaren Gases durch den unteren Bereich des Ofens und zwar unter ausreichendem Druck zur Verhinderung einer abwärts gerichteten Strömung der brennbaren Gase»

An den Heißauslaß-Schachtofen zur Direktreduktion von Eisen kann eine Heißbrikettiermaschine zur Verdichtung des direkt-

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reduzierten Eisenprodukts direkt angeschlossen sein. Trotz eines solchen direkten Anschlusses an den Ofenauslaß ist die Heißbrikettiermaschine vom Dichtgassystem am unteren Ende des Ofens gegenüber den leicht entflammbaren Gasen isoliert, die bei relativ hohem Druck im Reduktionsofen gehalten werden. Dieses Dichtgassystem stellt sicher, daß die am Ofenauslaß vorhandenen Gase trotz der leichten Entflammbarkeit der sich innerhalb des Ofens befindenden Gase nicht entflammbar sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert» Es zeigen:

Fig„ 1 eine Schnittansicht des erfindungs

gemäßen Ofens mit angeschlossener Produktbrikettiervorrichtung, und

Fig. 2 eine schematische Ansicht des erfin

dungsgemäßen Ofens mit angeschlossenem Heißausflußbehälter.

Gemäß den Figuren ist an der Oberseite eines Schachtofens TO ein Einfülltrichter 12 angebracht, in den Eisenoxidpellets 14 oder andere Füllmaterialien in Partikelform, etwa stückiges Erz, eingefüllt werden. Die Pellets sinken durch Schwerkraft-

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einfluß durch eine oder mehrers Fülleitungen 16 zur Bildung eines Bettes oder eines Möllers 18 aus Eisenoxid in Partikelform enthaltendem Material im Schachtofen nach unten. Im mittleren Teil des Schachtofens 10 befindet sich ein Heißgasringleitungs- und. Düsensystem, allgemein mit 20 bezeichnet,, das Gasöffnungen 22 aufweist, durch welche heißes Reduktionsgas eingeführt wird, damit es im Gegenstrom zur Bewegung des Möllers 18 nach oben strömt„ Verbrauchtes Gas tritt oben durch eine Gasauslaßleitung 24 aus dem Ofen aus.

Boden des Ofens 10 befindet sich ein Pelletauslaßrohr 3O, das das Innere des Ofens mit einem kleinen Trichter oder einer Dichtgastrennkaramer 32 verbindet. Der Trichter 32 ist mit heißen Pellets gefüllt, die aufgrund der Schwerkraft aus dem unteren Ende des Ofens herauskommen. Das Auslaßrohr 30 erstreckt sich in den Trichter 32 zur Bildung eines Gastrennplenums 34«, Der Trichter besitzt einen größeren Durchmesser als das Pelletauslaßrohr 30, so daß die herauskommenden Pellets einen mit 35 bezeichneten Schüttwinkel bilden, durch den Dichtgas sich im Trichter 32 von den Pellets trennt. Eine Dichtgasauslaßleitung 40 entfernt Dichtgas von dem Plenum bzw. dem gasgefüllten Raum 34» Eine Gasreinigungs- und !^zirkulationseinrichtung ist vorgesehen, um feste Teile und kondensierbare Stoffe aus dem Dichtgas zu entfernen und es zur Wiedereinführung in die Auslaßzone

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des Ofens erneut auf die erwünschte Temperatur zu erhitzen. Das abströmende Dichtgas strömt durch ein Abflußrohr 42 zu einem Kühler-Wäscher 44, in dem kondensierbare Stoffe und Stoffe in Partikelform entfernt werden. Eine Pumpe oder ein Kompressor 46 drückt das gesäuberte Dichtgas durch eine Dichtgasheizvorrichtung 50, in welcher dieses auf eine Einlaßtemperatur von 600 bis 800 ⁰C oder vorzugsweise zwischen 650 und 750 ⁰C erhitzt wird. Bei diesem letztgenannten Bereich handelt es sich um einen bevorzugten Temperaturbereich für diesen Auslaß der Pellets. Von der Heizvorrichtung ausgehend wird das Dichtgas durch ein Einlaßrohr 52 und einen Dichtgasverteiler 54 wieder in den Ofen 10 eingeleitet. Die Heizvorrichtung 50 wird mit Hilfe geeigneter Brenner 55 von einer Luftquelle 56 und einer Brennstoff quelle 57 befeuert.

Eine unterhalb des Trichters 32 befindliche Brikettiermaschine 60 umfaßt gegensinnig rotierende Rollen oder Walzen 62 und 64, die die heißen, reduzierten Pellets zur Bildung eines Brikettprodukts komprimieren. Das heiße Brikettprodukt kann entweder in einen Abschrecktank 66 entladen werden oder mittels irgend welcher anderer Mittel, etwa durch Luftkühlung, abgekühlt werden.

Die Heißbrikettiermaschine ist eine gute volumetrische Fülleinrichtung und wird als Ofenentleerungssteuermechanismus verwendet. Die Entleerungsrate steht in einem direkten Zu-

sammenhang zur Drehzahl der Brikettierrollen„

Als eine Alternative zur Heißbrikettiermaschine von Fig. kann am Boden des Äuslaßtrichters 32 zusätzlich ein Entleerungssteuermechanismus etwa in Form einer Wischstange vorgesehen werden und das Produkt direkt in einen Behälter 80 entleert werden, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist« Der Behälter wird nach dem Füllen dicht verschlossen und dann zu einem Elektroofen zur Stahlherstellung transportiert, in den die Pellets in heißem Zustand eingefüllt werden» Hierdurch können Energie und Zeit zum Erhitzen der Füllung auf den Schmelzpunkt im Elektroofen vermindert werden.

Ein Druckfühler 70 ist gemäß Darstellung in dem Dichtgasauslaßrohr 42 vorgesehen und dient der Steuerung des Drucks in der Dichtgastrennkammer auf einen eben oberhalb des Atmosphärendrucks liegenden Wert» Dieser Fühler, der genauso gut in der Kammer bzw. dem Trichter oberhalb des Schüttwinkels angeordnet sein könnte, hält durch Steuerung der Funktion eines Strömungssteuerventils 72 im Dichtgas-Rezirkulationssystem einen sehr niedrigen Druck in der Kammer aufrecht» Der Dichtgasdruck beim Dichtgasverteiler 54 reicht aus, um ein Abwärtsströmen des Reduktionsgases vom Einlaß 22 in den unteren Teil des Ofens zu verhindern. Dadurch wird die Reduktionsgasmenge im Produkt minimal gehalten.

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Xm Betrieb besteht eine Gasleckströmung vom Ofen durch dessen Auslaßrohr 30 hauptsächlich aus rezirkuliertem Dichtgas mit lediglich geringen Mengen von CO-und H--Reduktionsgas. Eine geringe Menge einer Dichtgasauffrischung wird bei 74 zugegeben. Das Dichtgas ist vorzugsweise ein Gas mit hohem Stickstoffgehalt, etwa Verbrennungsprodukte von sauerstofffreien Verbrennungen.

Auf die voranstehend beschriebene VJeise kann ein heißes metallisiertes Eisenprodukt hergestellt werden, das in einem Direktreduktions-Schachtofen zu einem hohen Metallisierungsgrad reduziert wurde und nicht in fester Form zur weiteren Verarbeitung ausgegeben wird, ohne daß dies mit irgendeiner Gefahr verbunden wäre.

Claims

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Charlotte,, North Carolina 28280, HO/ku

U. S. Ao

Patentansprüche

. Verfahren zur Direktreduktion von Metalloxiden zu
einem heißen,, metallisierten Eisenprodukt in fester
Form_r mit den Schritten

a) Einfüllen von Metalloxiden in Partikelform in die Oberseite eines allgemein vertikalen Schachtofens zur Schaffung eines Schüttmöllers im Ofen„

b) Entfernen reduzierten Materials in Partikelform
vom Boden des Schachtofens zur Erzeugung einer
auf Gravitation beruhenden Materialströmung durch den Ofen, und

c) Hindurchführen von Gas in einer dem Möller entgegengesetzten Strömung und Ableiten verbrauchten Reduktions-

MUndien: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · H. P. Brenm Oipl.-Chem. Dr. phil. nat.
Wiesbaden: P.G. Biumbach Dipl.-!ng. · P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. . G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipi.-W.-Ing.

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gases von der Oberseite des Ofens, gekennzeichnet durch die Schritte

d) Einführen eines erhitzten Dichtgases unter einem Druck oberhalb des Atmosphärendrucks in den unteren Bereich des Ofens, und

e) Entfernen des Dichtgases vom Produkt, nachdem dieses den Ofen verlassen hat.

2„ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt in einen gasdichten Behälter entleert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt brikettiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtgas auf eine Temperatur von ungefähr 650 bis ungefähr 750 ⁰C erhitzt wird.

5. Verfahren nach -einem der vorhergehenden Ansprüche,

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dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt in eine Dichtgastrennkaminer entleert wird, von welcher das Dichtgas abgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich der Druck in der Dichtgastrennkammer gemessen und die Ableitung des Dichtgases von der Dichtgastrennkammer abhängig von der Druckmessung gesteuert wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtgas in einem geschlossenen Dichtqas-Kreislauf gereinigt, gekühlt, vriedererhitzt und in den Ofen eingeleitet wird.

8» Verfahren nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß als Ersatz des durch Leckverluste verlorenen Gases dem Dichtgaskreislauf Auffrischungsgas zugesetzt wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis S_g umfassend einen allgemein

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vertikalen Schachtofen, an dessen Oberseite eine Produkteinfülleinrichtung und an dessen Unterseite eine Partikelentleerungseinrichtung zur Erzeugung eines auf Gravitation beruhenden Flusses eines Partikelmöllers durch den Ofen vorhanden sind/ wobei sich zwischen diesen Einrichtungen eine Reduktionsgaseinlaßeinrichtung befindet und eine obere Verbrauchsgasablaßeinrichtung vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß einstückig mit dem Entleerungsauslaß (Auslaßrohr 30) des Ofens in direkter Linie des Produktflusses eine Dichtgastrennkammer (32) verbunden ist,- daß mit der Dichtgastrennkammer eine Dichtgasablaßeinrichtung (34, 40) in Verbindung steht, daß im unteren Teil des Ofens (10) eine Dichtgaseinlaßeinrichtung (52, 54) vorhanden ist und daß eine die Dichtgasablaßeinrichtung mit der Dichtgaseinlaßeinrichtung verbindende Einrichtung (42, 44, 46, 50) zur Reinigung und Aufheizung des Dichtgases auf die gewünschte Einlaßtemperatur vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelentleerungseinrichtung ein Auslaßrohr (30) umfaßt, das sich ausreichend in die Dichtgastrennkammer (32) erstreckt, um im oberen Teil der Dichtgastrennkammer ein Dichtgastrennplenum (34) zu erzeugen.

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11» Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, gekennzeichnet durch einen Druckfühler (70) zur Bestimmung des Druckes innerhalb der Dichtgastrennkammer (32) und durch eine zugeordnete Steuereinrichtung (72) zur Steuerung der Dichtgasströmung durch den Dichtgaskreislauf.

ο Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch eine mit dem Dichtgaskreislauf in Verbindung· stehende Einrichtung (74) zur Zufuhr zusätzlichen Dichtgases züis Dichtgaskreislauf „

13«, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Dichtgastrennkammer (32) eine Heißbrikettierraasehine C60) zur Brikettierung ■ des heißen, metallisierten Produkts in Verbindung steht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, daß angrenzend an das Auslaßende der Heißbrikettiermaschine (60) eine Brikettabschreckeinrichtung (66) angeordnet ist.

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15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtgastrennkammer (32) ein Entleerungssteuermechanismus und ein abdichtbarer Behälter zur Aufnahme des heißen, metallisierten Produkts zugeordnet sind, welcher mit der Auslaßöffnung der Dichtgastrennkammer in Eingriff bringbar und von dieser entfernbar ist.

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