DE3032665A1

DE3032665A1 - Magnesiumoxid enthaltende eisenerzpellets

Info

Publication number: DE3032665A1
Application number: DE19803032665
Authority: DE
Inventors: Isao Kobe Fujita; Fumikazu Kawaguchi; Mamoru Miki Hyogo Onoda; Shoji Kobe Shirouchi; Takeshi Sugiyama
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1979-09-03
Filing date: 1980-08-29
Publication date: 1981-03-19
Also published as: AU6198180A; US4356027A; JPS5638433A; JPS6111300B2; SE447270B; AU537482B2; CA1150056A; SE8006112L; NL8004932A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf Eisenerzpellets, die bessere Reduktionseigenschaften und bessere Belastungserweichungseigenschaften (Druckerweichungseigenschaften) beim Betreiben eines Hochofens haben. Die Pellets werden aus einem Rohmaterial hergestellt, dem Magnesia oder eine MgO-Lieferquelle in einer solchen Menge zugegeben wird, daß das Verhältnis des MgO-Gehalts zum SiO„-Gehalt im Rohmaterial wenigstens etwa 0,5 beträgt, und daß der CaO-Gehalt des Rohmaterials derart eingestellt ist, daß das Verhältnis von CaO/SiO- kleiner als etwa 0,05 ist.

Die Erfindung befaßt sich demnach mit einer Weiterentwicklung von Eisenerzpellets, die als Beschickungsgut zum Betreiben von Hochöfen verwendet werden.

Heutzutage sind mehr als 90% der auf der Welt hergestellten Eisenerzpellets (nachstehend werden diese lediglich als Pellets bezeichnet), die als Beschickungsgut für Hochöfen verwendet werden, saure Pellets, die dadurch hergestellt werden, daß ausgewählte Eisenerze gebrannt und gehärtet werden. Nur bei wenigen Anwendungsbeispielen

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werden die sauren Pellets mit speziellen Schlackenbestandteilen vermischt. Der Hauptbestandteil solcher sauren Pellets ist demnach SiO„ und bei wahllos verwendeten Erzen beläuft sich der maximale SiO^-Gehalt auf etwa 80%. Die Menge an SiO„ im Rohmaterial für Pellets ist im allgemeinen kleiner als 8 Gew-%. Auch gibt es einige saure Pellets, die eine große Menge an Al 0. enthalten, jedoch stellen diese Pellets die Minderzahl im Vergleich zu Pellets dar, die SiO„ enthalten. In den meisten Fällen ist das Verhältnis Al₂OVSiO₃ maximal kleiner als 0,5 oder 0,79. Üblicherweise ist es erwünscht, den Al„0,-Gehalt so klein wie möglich zu halten.

Wenn solche sauren Pellets in einen Hochofen eingegeben werden, könnte ein Stillstand der Reduktion unter Reduktionsbedingungen mit einer hohen Temperatur von größer als 1100⁰C auftreten. Bei einem Stillstand der Reduktion läuft keine Reduktion an der Innenseite der Pellets ab. Hierbei wird die Menge an stark FeO haltiger Schlacke im Hochofen größer, so daß mit großer Wahrscheinlichkeit ein Schräghängen, ein Hängen und eine Herabsetzung der Gasdurchlässigkeit auftreten, wodurch die Effektivität des Hochofenbetriebs herabgesetzt wird.

Wenn ferner solche sauren Pellets einer Hochtemperatur-Belastungserweichung- (Druckerweichung-)-Prüfung unter-

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worfen werden, könnte eine auffällige Verformung bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur in der Größenordnung von 1000 C beobachtet werden und es ergäbe sich eine nennenswerte Verformung bei einer Temperatur von größer als 1150°C, die mit der Erzeugung von unerwünschten geschmolzenen Schlacken verbunden ist. Da eine solche Verformung spaltförmige Zwischenräume in den unteren Pelletlagen im Hochofen verursacht, bildet sich eine Anzahl von Eisenschichten mit einer schwachen Gasdurchlässigkeit und gleichzeitig könnte leicht ein Verstopfen der Erzlagen auf Grund der Bildung von geschmolzener Schlacke auftreten, wodurch der Arbeitswirkungsgrad des Hochofens stark herabgesetzt wird.

In den letzten Jahren sind Pellets dadurch modifiziert worden, daß ihnen verschiedene Substanzen, wie Kalkstein beispielsweise zugegeben wurden, der alleine oder in Verbindung mit anderen Alkalimetallen oder Alkalimetalloxiden oder-salzen als Flußmittel beim Betreiben von Hochöfen über Jahre hinweg verwendet wird. Trotz dieser Vielzahl von Modifikationen besteht aber ein Bedürfnis nach Pellets, die verbesserte Hochtemperatureigenschaften haben.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, Eisenerzpellets dahingehend zu verbessern, daß sie ver-

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besserte Reduktionseigenschaften bei hohen Temperaturen und/oder eine verbesserte Belastungserweichung (Druckerweichung) bei hohen Temperaturen haben.

Nach der Erfindung, die nachstehend näher erläutert wird, wird dies dadurch erreicht, daß dem für Pellets bestimmten Rohmaterial Magnesia oder eine MgO-Lieferquelle in einem bestimmten Verhältnis zu dem Siliziumdioxidgehalt des Rohmaterials zugegeben wird, und daß der Calciumoxidgehalt des Rohmaterials in Abhängigkeit von dem Siliziumdioxidgehalt auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird.

Die Erfindung betrifft demnach verbesserte Eisenerzpellets, die ausgezeichnete Eigenschaften bei hohen Temperaturen haben.

Nach der Erfindung wird Magnesia, d.h. Magnesiumoxid dem für Pellets bestimmten Rohmaterial zugegeben, um hierdurch die Reduktionseigenschaften und die Erweichungseigenschaften der Pellets bei hohen Temperaturen zu verbessern. Zusätzlich zu Magnesia kann eine MgO-Lieferquelle verwendet werden, d.h. ein Material, das beim Brennen MgO bildet, wie beispielsweise Magnesit (MgOO₃), Brucit (Mg(OH) ), saa water mag (Mg(OH)₇) und Magnesiasteinschlacke. Eine MgO-Lieferquelle kann in Abhängigkeit vom Preis entsprechend

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gewählt werden. Im allgemeinen werden jedoch Magnesite sowie andere Minerale verwendet, die Mg enthalten und die mit der MgO-Lieferquelle kombiniert werden können. Der MgO-Gehalt des Rohmaterials wird nicht nach einer absoluten MgO-Menge, sondern vorzugsweise in Abhängigkeit von der im Rohmaterial enthaltenen SiO.-Menge bestimmt. Vorzugsweise wird nach der Erfindung der MgO-Gehalt des Rohmaterials derart eingestellt, daß das Verhältnis MgO/SiO„ größer als 0,5 ist.

Wie zuvor angegeben, ist SiO„ hauptsächlich als Gangmittel im Rohmaterial für die Pellets enthalten und die maximale SiO„-Menge in natürlichen Erzen kann sich auf etwa 80 Gew-% belaufen. Im allgmeinen ist sie jedoch
kleiner als 8 Gew-%. Die Reduktionseigenschaft und die Belastungserweichungseigenschaft (Druckerweichungseigenschaft) bei hoher Temperatur der Pellets, die aus einem Rohmaterial hergestellt sind, das große Mengen an SiO„ enthält, sind ungünstig und deshalb sind diese Eigenschaften dadurch verbessert worden, daß nach der Erfindung
MgO zugegeben wird.

Bei MgO enthaltenden Pellets, die eine vergleichsweise große Si0_-Menge enthalten, hat CaO die Tendenz, daß im Hochofen größere Mengen Schlacken mit niedrigem

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Schmelzpunkt gebildet werden. Von daher ist es vorteilhaft, die CaO-Menge so weit wie möglich herabzusetzen, um ausgezeichnete Reduktionseigenschaften bei hohen Temperaturen beibehalten zu können. Bei der Erfindung hat sich ergeben, daß es notwendig ist, die Basizität, d.h. das CaO/SiO--Verhältnis der Pellets, kleiner als 0,5 zu halten.

Zusätzlich können die Rohmaterialien kleine Mengen an Al„0, als ein Gangmittel enthalten. Das Vorhandensein von A1„CU hat jedoch nur einen geringen Einfluß auf die Bestandteile der Verbindung, wenn der CaO-Gehalt wie zuvor angegeben auf eine Basizität von 0,05 eingestellt ist. Vorzugsweise sollte jedoch der Al 0.,-Gehalt so klein sein, daß keine stärkere Schlackenbildung auftritt.

Nach der Erfindung werden verbesserte Eisenerzpellets hergestellt, die in Abhängigkeit von dem Siliziumdioxidgehalt des Rohmaterials vorbestimmte Anteilswerte von Magnesia und Calciumoxid haben. Hierbei ist es wesentlich, daß der relative Magnesiagehalt der Pellets beträchtlich größer als der Calciumoxidgehalt ist. Insbesondere werden Pellets nach der Erfindung aus einem Rohmaterial hergestellt, dem Magnesia oder eine MgO-Lieferquelle in einer solchen Menge zugegeben ist, daß sich ein MgO/SiO₂-Verhältnis von wenigstens etwa 0,5 ergibt, wobei das Eisenerz in dem Rohmaterial

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3o Gew-% SiO„ oder weniger enthält. Die Basizität, d.h. das Verhältnis CaO/SiO wird äh:
kleiner als etwa 0,05 ist.

Verhältnis CaO/SiO wird ähnlich eingestellt, so daß es

Die Vorteile der verbesserten Pellets nach der Erfindung lassen sich leicht aus dem nachstehenden Versuch ablesen.

Magnesit, Kalkstein und Siliziumdioxid-Sand wurden metallisch glänzendem Hämatit zugegeben, so daß man Pellets mit unterschiedlichen SiO„-Mengen, unterschiedlichen MgO/SiO„-Verhältnissen und unterschiedlichen CaO/SiO_-Verhältnissen erhält. Anschließend wurden die Reduktionseigenschaft und eine Erweichungs-Schrumpfung-Eigenschaft jedes Pellets bei hoher Temperatur bestimmt. Die chemischen Analysenwerte sind in der nachstehenden Tabelle aufgelistet.

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-Ιο-

Probe Nr.	Insges. Fe	.20	0	FeO	61	S	ιθ₂	0	MgO	0	CaO	Al₂O₃	.04	MgO/SiO₂	.01	CaO	/Si	45
1	66	.27	0	.14	26	4	.40	1	.08	0	.10	1	.96	0	.25	0	.02	81
2	65	.40	0	.19	4	.14	2	.08	0	.11	0	.01	0	.59	0	.03	26
3	64	.36	0	.22	4	.51	4	.65	0	.13	1	.96	0	.90	0	.03	11
4	63	.69	0	.26	4	.55	5	.11	0	.16	0	.97	0	.22	0	.04
5	62	.81	0	.26	4	.51	0,	.50	0,	.18	0	.93	1	.01	0	.04
6	68	.46	0,	.12	8	.29	1.	.08	0.	.08	0	.92	0.	.22	0,	.01
7	61	.76	0.	.is	8	.30	5.	.86	0.	.13	0,	.98	0.	,70	0.	.02
8	59.	.00	0.	.26	8,	.33	8.	.84	0.	,19	0.	,89	0.	,01	0.	.02
9	58.	.14	0.	,32	8,	.28	Π.	,36	0.	23	0.	,91	1.	32	0.	,03
10	56.	,57	0.	37	8.	.41	1.	,14	0.	,29	0.	,92	1.	,62	0.	,03
11	66.	85	0.	17	2.	.20	4.	36	0.	12	0.	98	0.	69	0.	,05
12	61.	56	0.	27	5.	,97	4.	14	0.	17	0.	91	0.	74	0.	03
13	61.	20	0.	43	5.	99	4.	44	1.	55	0.	93	0.	76	0.	09
14	61.	85	1.	86	5.	96	4.	54	1.	02	0.	89	0.	76	0.	17
15	60.	68	4.	87	5.	99	4.	58	3.	51	0.	34	0.	67	0.25
16	58.	90	28	7.	23	4.	87	6.	27	1.	28	0.	61	0.
17	56.	58	4.08	7.	40	4.	54	7.	03	1.	91	0.	76	0.
18	56.	5	3.	6.	09	2.	64	0.	68	0.	48	0.	93	1.
19	65.	0.	3.	18	95	34	0.	0.	0.

Zur Bestimmung der Reduktion unter einer hohen Temperatur wurden die Pelletproben vorläufig zu Usutit (FeO) bei 900°C unter einer Reduktionsatmosphäre von C0/C0 = 60/40 und anschließend 2 Stunden lang bei einer Reduktionstemperatur von 1250 C unter einer Reduktionsgasatmosphäre von C0/N = 80/70 weiterreduziert. Dann wurde der Reduktionsgrad bestimmt,

Zur Belastungserweichungs-Prüfung (Druckerweichungsprüfung) unter hoher Temperatur wurden die Probenpellets

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zwischen Aluminiumoxid-Stangenmaterial gelegt und eine Belastung von 0,5 kg pro Pellet aufgebracht, um die Temperatur steigen zu lassen. Die Temperatur stieg ständig bis zur Schmelztemperatur mit einer Geschwindigkeit von 10°C/min, wobei C0/N„ = 80/70 mit 400° C eingeleitet wurden.

Bei dieser Behandlung wurden die Pellets bei einer Temperaturstufe von 1000⁰C 90 Minuten lang belassen. Beim Temperaturanstieg wurde die Temperatur erfaßt, bei der eine Schrumpfung von 40% auftritt. Dieser Umstand ist wichtig, da ein schneller Druckverlust zu verzeichnen ist, wenn der Prozentsatz größer als 40% bei einer Belastungserweichungsprüfung (Druckerweichungsprüfung) der Gichtlagen ist. Es wird bevorzugt, daß der Prozentsatz der Schrumpfung zum Zeitpunkt des Erschmelzens kleiner als 40% gehalten wird.

Die Ergebnisse der zuvor beschriebenen Versuche sind in der beiliegenden Zeichnung gezeigt. Darin zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm zur Verdeutlichung des MgO/ SiO„-Verhältnisses und des Reduktionsgrades, wenn Si0„ auf feste Mengen von 4,4% oder 8,3% gestellt ist;

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Fig. 2 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen dem Reduktionsgrad und dem CaO/SiO_-Verhältnis, wobei das MgO/SiO -Verhältnis in einem Bereich von etwa 0,6 bis 0,76 nach Kennwerten des Reduktionsgrades liegt,

Fig. 3 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen dem MgO/SiO„-Verhältnis und der Temperatur für eine Schrumpfung von 40%, wobei sich der SiO₂-Gehalt jeweils auf 4,4% und 8,8% beläuft, und

Fig. 4 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen dem CaO/SiO_-Verhältnis und der Temperatur für eine Schrumpfung von 40%, wobei sich das MgO/SiO -Verhältnis auf etwa 0,72 beläuft.

Aus Fig. 1 ergibt sich, daß der Reduktionsgrad stark durch das MgO/SiO -Verhältnis beeinflußt wird und daß der Si0„-Gehalt nur wenig Einfluß hat. Im allgemeinen beläuft sich ein Reduktionsgrad, bei dem kein Stillstand der Reduk-

o tion auftritt, auf etwa 40% (nach 2 Stunden bei 1250 C). Um diesen gewünschten Reduktionsgrad zu erreichen, ist es notwendig, daß das MgO/SiO -Verhältnis wenigstens 0,5 ist.

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Wenn ferner das MgO/SiO„-Verhältnis größer als 0,7 ist, könnte möglicherweise ein großer Reduktionsgrad von mehr als 80% erreicht werden.

Wie sich insbesondere aus Fig. 2 ergibt, nimmt der Reduktionsgrad stark ab, wenn das CaO/SiO -Verhältnis in den Pellets wesentlich größer als Null ist und der Reduktionsgrad einen minimalen Wert bei etwa 0,3 bis 0,5 hat. Wenn das Ca0/Si0_-Verhältnis weiter größer wird, steigt der Reduktionsgrad allmählich an.

Um einen Reduktionsgrad von größer als 40% sicherzustellen, was zur Verhinderung eines Stillstands der Reduktion als notwendig erachtet wird, zeigt sich daher, daß das Ca0/Si0„-Verhältnis kleiner als 0,05 oder größer als 1,1 sein sollte. Wenn jedoch die Menge an CaO zu groß ist, wird jedoch die Schlackenmenge in dan Erzen beträchtlich größer, die eine große Menge an Si0„ enthält. Hierdurch nimmt die Ausbeute ab. Von daher ist es nach der Erfindung nicht erwünscht, daß das Ca0/Si0„-Verhältnis größer als 1,1 ist.

Bei der Belastungs-Erweichungs-Prüfung (Druckerweichungsprüfung) unter hoher Temperatur bei Fig. 3 sind über und unter einer Pelletprobe Platinplatten vorgesehen, um Reaktionen mit anderen Substanzen zu verhindern. Wenn jedoch

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dieselbe Prüfung unter Verwendung von Kohlenstoffplatten unter Berücksichtigung der tatsächlichen Bedingungen in einem Hochofen durchgeführt wird, dringt Kohlenstoff ein, so daß nahezu alle Pellets in der Größenordnung von 1400⁰C niedergeschmolzen sind. Unter Berücksichtigung dieses Umstands und unter Berücksichtigung der in Fig. 3 gezeigten Ergebnisse läßt sich daher schließen, daß die Temperatur unter Bedingungen, bei denen eine Schrumpfung von 40% auftritt, wenigstens größer als etwa 1400 C gewählt werden sollte , d.h. wenn das Mg0/Si0„-Verhältnis etwa 0,05 beträgt oder größer ist.

Aus Fig. 4 ergibt sich, daß bei einem festen Mg0/Si0 Verhältnis, das wesentlich größer als Null ist, ein schneller Abfall der Temperatur, bei der eine Schrumpfung von 4o% auftritt, auf einen minimalen Wert von 0,4 zu verzeichnen ist. Anschließend ist wiederum ein steigender Temperaturverlauf festzustellen.

Um eine Temperatur, bei der eine Schrumpfung von 40% auftritt,auf jeden Fall von größer als 1400 C zu erreichen, ist es notwendig, ein Ca0/Si0„-Verhältnis von etwa 0,05 oder kleiner zu haben.

Wie sich aus den in den Fig. 1-4 gezeigten Ergebnissen

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ablesen läßt, steht der Einfluß des MgO/SiO„-Verhältnisses und des CaO/SiO^-Verhältnisses hinsichtlich der Reduktionseigenschaften unter hoher Temperatur und der Belastungserweichungseigenschaften (Druckerweichungseigenschaften) bei hoher Temperatur in einem umgekehrten Verhältnis. Wenn man nach der Erfindung Pellets herstellt, die ein MgO/SiO -Verhältnis von wenigstens etwa 0,5 und ein CaO/SiO_-Verhältnis von kleiner als etwa 0,05 haben, ist es möglich, ausgezeichnete Pellets zu schaffen, die diese beiden Wirkungen in sich vereinen.

Die Pellets nach der Erfindung sind äußerst vorteilhaft, da sie hinsichtlich der Erweichungsschrumpfungsrate bei hoher Temperatur und ihrer Belastungserweichungseigenschaft (Druckerweichungseigenschaft) bei hoher Temperatur ausgezeichnet sind. Hierdurch erhält man eine gute Luftdurchlässigkeit und gleichzeitig schreitet die Reduktion in den Hochtemperaturzonen des Ofens auf Grund einer ausgezeichneten Reduktionseigenschaft fort, so daß ein Stillstand der Reduktion verhindert wird. Ferner ist die erzeugte schmelzflüssige Schlackenmenge gering und keine schmelzflüssige Schlacke fließt langsam von den Pellets ab. Demzufolge kann die Luftdurchlässigkeit in den Erzlagen eines Hochofens in den Hochtemperaturbereichen aufrechterhalten werden, so daß eine große Gasmenge in das Beschickungsgut

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eingeblasen werden kann. Demzufolge ist eine Herabsetzung des Koksverhältnisses (Kokssatzes) und eine Heraufsetzung des Roheisenanteils im Beschickungsgut möglich.

Im Vergleich zu üblichen selbstlöslichen bzw. selbstgängigen Kalkstein-Pellets, bei denen beispielsweise das CaO/SiO -Verhältnis 1,3 oder größer ist, ist die den Pellets nach der Erfindung zugegebene MgO-Menge klein und da ferner die CaO-Menge auf einen sehr niedrigen Wert eingestellt wird, können die Rohmaterialkosten für die Pellets nach der Erfindung gesenkt werden. Insbesondere können die Pellets nach der Erfindung zweckmässig dann verwendet werden, wenn Kalkstein örtlich abhängig nur unter Schwierigkeiten zu beschaffen ist. Wenn das MgO/SiO -Verhältnis und das CaO/SiO₂-Verhältnis der Pellets nach der Erfindung aufeinander abgestellt sind, ist keine Beeinflussung der Hochtemperatur-Reduktionseigenschaft selbst dann nicht vorhanden, wenn sich der SiO-Gehalt geringfügig ändert. Hieraus folgt, daß die Pellets nach der Erfindung, die ausgezeichnete Hochtemperatur-Reduktionseigenschaften haben, sich aus Rohmaterialien von sauren Pellets erhalten lassen, bei denen es schwierig ist, den SiO„-Gehalt herabzusetzen.

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Claims

Dr. D.Thomsen .-] '-\ PATENTANWALTES 2 66 5 & VERTRETER BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE EPO W W θ in kaUff MANDATAIRES AGREtS PRtS L OEB Telefon (O 89) 53 0211 Telex 5 24 303 xpert d 53 0212 München: Frankfurt/M.: Dr. rer. nat. D. Thomsen Dipl.-Ing. W. Weinkauff (Fuchshohl 71) cable: expertia D - 8 0 0 0 München 2 Kaiser-Ludwig-Platz6 29. August 1980 Kobe Steel, Ltd. Kobe , Japan Magnesiumoxid enthaltende Eisenerzpellets Patentansprüche

1. Eisenerzpellets, dadurch gekennzeichnet , daß es dadurch gebildet wird, daß einem SiO₂ enthaltenden Eisenerz eine Menge an Magnesia oder einer MgO-Lieferquel-Ie zugemischt wird, die ausreicht, daß sich ein Verhältnis von MgO zu SiO₂ von wenigstens etwa 0,5 ergibt und daß eine Menge an Calciumoxid derart zugemischt wird, daß das Verhältnis von Calciumoxid zu SiO₂ kleiner als etwa 0,05 ist.

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2. Eisenerzpellets nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Eisenerz weniger als 3o Gew-%
SiO enthält.

3. Eisenerzpellets nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis von MgO zu SiO„ wenigstens etwa 0,7 beträgt.

4. Eisenerzpellets nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die MgO-Lieferquelle aus der Gruppe gewählt ist, die Magnesit, Brucit , sea water mag und
Magnesiasteinschlacke umfaßt.

5. Eisenerzpellets nach Anspruch "4, dadurch gekennzeichnet , daß die MgO-Lieferquelle ein Magnesit
ist.

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