DE3104405C2 - Anlage und Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm - Google Patents

Anlage und Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm durch kontinuierliche Reduktion von Eisenoxiden in einem Schachtofen wird das Reaktionsgas aus einem Schachtofen entfernt, und diesem Reaktionsgas im wesentlichen das gesamte CO ↓2 und H ↓2O entzogen. Hieraus wird das Reaktionsgas in wenigstens zwei Teilströme aufgeteilt und einer dieser Teilströme einem hauptsächlich mit festem Reduktionsmittel gefüllten Gaserzeuger zugeleitet, welcher einen Plasmabrenner und Einrichtungen zum Einspritzen eines Oxidationsmittels besitzt. Dieses Reaktionsgas wird durch den Plasmabrenner erhitzt. In das erhitzte Gas wird das Oxidationsmittel eingeblasen, um eine Zwischengasmischung auszubilden, welche hauptsächlich aus CO und H ↓2 besteht. Hierbei wird diese Zwischengasmischung auf einer derartigen Temperatur gehalten, daß in dem festen Reduktionsmittel enthaltene Asche eine Schlacke bildet. Hierüber hinaus wird dieses Zwischengas mit wenigstens einem der anderen Teilströme in einem derartigen Verhältnis gemischt, daß die Temperatur des sich ergebenden Reduktionsgases zur Reduktion von Eisenoxiden in einem Schachtofen geeignet ist. Dieses Reduktionsgas wird in den unteren Teil eines Schachtofens eingeblasen und durch den Schachtofen nach oben geleitet, wodurch Eisenoxide in dem Schachtofen reduzierbar sind. Das reduzierte Eisen wird aus dem Ofen entnommen. Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm durch ko.itinuie. !.'ehe Reduktion von Eisenoxiden in einem Schachtofen, wobei aus dem Schachtofen das Reaktionsgas entfernt und diesem Reaktionsgas das CO2 und H2O entzogen wird, wobei ferner das Reaktionsgas in wenigstens zwei Teilströme aufgeteilt wird und einer dieser Teilströme einem Gasgenerator zugeleitet und zu einem Reduktionsgas aufbereitet wird, welches in den unteren Teil des Schachtofens eingeblasen und durch den Schachtofen nach oben geleitet wird, aus dem das reduzierte Eisen unten entnommen wird. Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zur Herstellung von Eisenschwamm durch kontinuierliche Reduktion von Eisenoxiden mit einem Schachtofen.
Ein derartiges Verfahren und eine entsprechende Anlage zur Direktreduktion sind bekannt (DE-OS 32 939. »Industrie-Kurier«. Nov. 1963, Seite 702 und 704). Die Direktreduktion bietet Vorteile gegenüber anderen Verfahren, z. B. dem Drehherdofen-Verfahren, bei welchem Steinkohle zusammen mit dem zu reduzierenden Erz in einem schräg liegenden Drehherdofen verwendet wird. Die Schwierigkeit bei diesem Verfahren besteht darin, daß infolge der kinetischen Energie mit relativ hohen Temperaturen, vorzugsweise 1000°C, gearbeitet werden muß, was beträchtliche Probleme durch Verstopfung und Materialanhäufung im Drehherdofen verursacht.
Bekannt ist auch die Verwendung eines Schachtofens in Kombination mit einer Einrichtung zur Kohlevergasung, welche auf einer teilweisen Verbrennung beruht.
Hier entstehen extrem hohe Investitionskosten für die Einrichtung zur Kohlevergasung und es ergibt sich ein sehr hoher Energieverbrauch.
Bei einem weiteren, in der SE-PS 73 04 332-5 offenbarten Verfahren wird Kohle in fester Form unter Verwendung eines Plasmagenerators direkt vergast Dabei muß jedoch die Kohlezufuhr äußerst genau eingestellt werden und bei einigen Kohlearten ergeben sich Probleme bei der Handhabung der Asche. Außerdem besitzt das erzeugte Gas einen Wasserstoffgehalt, welcher niedriger ist als für Reduktionszwecke ideal wäre.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung zu verbessern und eine entsprechende Anlage zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren dadurch gelöst daß der eine Teilstroin in einen mit einem festen Reduktionsmittel gefüllten Gasgenerator eingeführt wird, der einen Plasmabrenner und Einrichtungen zum Einbringen eines zusätzlichen festen Reduktionsmittels sowie eines Oxidationsmittels besitzt wobei dieses Reaktionsgas durch den Plasmabrenner erhitzt wird und in das erhitzte Gas das zusätzliche feste Redukt:onsrniltel und das Oxidationsmittel eingeblasen werden, um eine Zwischengasmischung zu bilden, weiche hauptsächlich aus CO und H2 besteht, wobei die in dem zusätzlichen festen Reduktionsmittel enthaltene Asche eine Schlacke bildet und daß dieses Zwischengas mit wenigstens einem der anderen Teilströme auf Reduktionstemperatur gemischt wird und danach in den Schachtofen eingeführt wird. — Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage zur Herstellung von Eisenschwamm durch kontinuierliche Reduktion von Eisenoxiden mit einem Schachtofen zur Reaktion der Eisenoxide durch ein Reduktionsgas, welches im wesentlichen aus CO und H2 besteht und unten in den Schachtofen einblasbar ist, — mit im oberen Bereich des Schachtofens vorgesehenen Anordnungen zum Abzug des Reaktionsgases und mit Reinigungseinrichtungen Tjr Entferngung von CO2 aus dem Reaktionsgas, wobei eine Einrichtung zur Trennung des gereinigten Reaktionsgases in wenigstens zwei Teilströme und ein Gasgenerator zur Aufnahme wenigstens eines dieser Teilströme vorgesehen ist. welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Gasgenerator zur Erzeugung einer Zwischengasmischung eine Füllung aus einem festen Reduktionsmittel sowie einen Plasmabrenner und Einrichtungen zum Einblasen eines festen Reduktionsmittels und eines Oxidationsmittels in das vom Plasmabrenner erhitzte Gas aufweist, und daß eine Mischeinrichtung zur dosierten Mischung dieser Zwischengasnvschung mit wenigstens einem der anderen Teilströme des Reaktionsgases vorgesehen ist. — Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den zugeordneten Unteransprüchen.
Die mit der Erfindung erreichten Vorteile werden darin gesehen, daß durch Bildung eines Zwischengases, welches anschließend mit dem anderen Teilstrom gemischt und dann zusammen mit diesem in den Schachtofen eingeführt wird, ein Reduktionsgas mit exakt einstellbaren Eigenschaften gebildet werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figur, welche in schematischer Darstellung ein Durchführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, im einzelnen erläutert
Die Reduktion von Eisenoxidbrocken v/ird in einem Schachtofen 1 durchgefßjirt. Die Eisenoxidbrocken 2 werden durch einen Keilschieber 3 in den Schachtofen 1 eingebracht und durch einen Gegenstrom eines heißen Reduktionsgases, welches hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoffgas besteht welches im unteren Abschnitt 4 des Schachtofens 1 eingeblasen wird, behandeil. Das Eisenschwamm-Produkt wird durch einen Auslaß 5 im Boden 4 des Schachtofens 1 entfernt Das Reduktionsgas, von welchem 30 bis 50% reagiert hat wird vom oberen Teil des Schachtofens 1 durch einen Auslaß 6 entfernt
Das auf diese Weise aus dem Schachtofen 1 entfernte Gas enthält neben 50 bis 70% unreagiertem CO und H2 auch die Reaktionsprodukte OO2 und H2O. Da dieses Gas noch relativ hohe Anteile an CO und H2 enthält kann es erneut im Verfahren verwendet werden. Um jedoch als Reduktionsgas erneut verwendet werden zu können, muß der Gehalt an CO2 und H2O auf weniger als 5% herabgesetzt werden. Dies wird dadurch erreicht daß das Gas durch einen Gaswäscher (CO2/H2O-Wäscher) 7 geleitet wird. Wenn das Gas durch diesen hindurchstiömt wird es nicht nur von den Reaktionsprodukten COj und H2O befreit sor*;ern der tatsächliche Waschprozeß ermöglicht einen Ausgieich der Gasmenge, so daß ein Zurückströmen des Gases vermieden werden kann. Der Gaswäscher 7 kann beispielsweise Monoäthanolamin als aktive Substanz enthalten, und der Gei.alt an CO2 im Gas kann beim Durchgang durch den Gaswäscher 7 auf unter 2% herabgesetzt werden.
Im Anschluß an den Gaswäscher 7 strömt das Gas zu einem Kompressor 8, in welchem der für das Verfahren erforderliche Druckanstieg erzeugt wird, und wird dann in wenigstens zwei Teilströme 9 und 10 aufgeteilt.
Der Teilstrom 9, welcher Raumtemperatur besitzt, wird in einen Gasgenerator 11 geleitet, in welchem das erforderliche Zwischengas aus einem festen Reduktionsmittel, vorzugsweise Koks, sowie Wasser und/oder Sauerstoffgas erzeugt wird. Der Teilstrom 9 wird als Plasmagas verwendet und die für den Gaserzeugungs-Prozeß erforderliche Energie wird von einem Plasmabrenner 12 geliefert. Der Gasgenerator 11 wird mit einem festen Reduktionsmittel, vorzugsweise Koks, im wes-ntlichen gefüllt Ein Oxidationsmittel, vorzugsweise Wasser und/oder Sauerstoffgas, wird dem Gasgene^ rator 11 über Düsen 13 zugeleitet so daß es den den Plasmabrenner 12 verlassenden heißen Gasstrom durchdringt. Ein zusätzliches Reduktionsmittel wird z. B. in Pulverform dem den Plasmabrenner 12 verlassenden heißen Gasstrom über Blasdüsen 13a zugesetzt. Dieses zusätzliche Reduktionsmittel ist vorzugsweise Kohlenstaub mit einer Teilchengröße von unter 03 mm und vorzugsweise unter 0,06 mm. Der heiße Gasstrom vom Plasmabrenner muß dadurch auf das Reduktionsmittel einwirken und CO und H2 bilden. Die Energiezu fuhr im Gasgenerator Ii wird derart geregelt daß die im Kohlenstaub vorhandene Asche zu einer Schlacke geschmolzen wird, welche vom unteren Tei1 des Gacgenerators 11 in flüssiger oder fester Form Ober eine Abstichleitung 16 entfernt werden kann. Infolge der Zusammensetzung der Asche wird die Temperatur vorzugsweise derart a .sgewählt daß sie zwischen 1300 und 15000C liegt.
Das erzeugte Zwischengas kann neben CO und H2 auch Schwefel enthalten, welcher im Red'aktionsmittel enthalten war. Dieses Zwischengas wird daher durch einen Schwefelfilter 15 (beispielsweise einen Dolomit-Filter) geleitet, in wtffhem der Schwefelgehalt auf eine annehmbare Höhe für das Eisenschwamm-Verfahren, vorzugsweise unter 75 ppm, gesenkt wird.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung
kann der Schwefelfilter 15 in den Gasgenerator 11 selbst eingebaut werden, indem das Koksbett mit einem für diesen Zweck geeigneten Material versehen wird.
Das den Schwefelfilter 15 verlassende Zwischengas hat eine wesentlich über der Temperatur liegende Temperatur, welche für das Eisenschwamm-Verfahren erforderlich ist, so daß seine Temperatur durch Mischung in einem geeigneten Verhältnis mit dem kalten gewaschenen Gas im Teilstrom 10 gesenkt wird, um eine für das Verfahren geeignete Temperatur, beispielsweise 750 bis 10000C, vorzugsweise 825° C zu erreichen. Während zum Mischen des Zwischengases mit dem Teilstrom 10 eine besondere Mischeinrichtung verwendet werden kann, kann man auch den Teilstrom 10 teilweise oder insgesamt von oben her in den Gasgenerator 11 einleiten und dadurch den Gasgenerator 11 als Mischkammer verwenden.
Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden bedeutende technische Vorteile erreicht. In dieser Beziehung kann die Gaserzeugung bei einer Temperatur stattfinden, daß die Asche Schlacke bildet, weiche leicht zu handhaben ist und welche abgezapft werden kann, ohne daß Verstopfungsprobleme im Verfahren verursacht werden. Der Wasserstoffgehalt des Reduktionsgases kann auf eine Menge eingestellt werden, welche für das Reduktionsverfahren geeignet ist, und zwar durch den Waschprozeß und das anschließende Einspritzen von Wasser und/oder Sauerstoffgas in den Gaswäscher. Außerdem bietet die Kombination der Gaswäscher und Gaserzeugung bei erhöhten Temperaturen überragende ,Möglichkeiten eines Ausgleichs der Gasmenge im System und der Regelung der Reduktionstemperatur. Gleichzeitig wird eine hohe Energieausbeute erreicht, da die vom Plasmabrenner gelieferte Energie im wesentlichen vollständig im Verfahren verbraucht wird d. h diA "^"enin£rstursin£tsiiiincT v*rii Hur^h Zusetzen von kühlerem zurückfließendem Reduktionsgas erreicht, anstatt dadurch, daß dem System Wärme entzogen wird.
Sollten bei der Bindung der Asche vom festen Reduktionsmittel in einer Schlackenphase Schwierigkeiten auftreten, können Additive verwendet werden, welche die Eigenschaften der Schlacke wie beispielsweise den Schmelzpunkt, die Schwefelabsorption usw. beeinflussen, wie beispielsweise Alkaliverbindungen und Kalk. Diese Additive werden vorzugsweise mit dem festen Reduktionsmittel vermischt
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Claims (14)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm durch kontinuierliche Reduktion von Eisenoxiden in einem Schachtofen, wobei aus dem Schachtofen das Reaktionsgas entfernt und diesem Reaktionsgas das CO2 und H2O entzogen wird, vobei ferner das Reaktionsgas in wenigstens zwei Teilströme aufgeteilt wird und einer dieser Teilströme einem Gasgenera- το tor zugeleitet und zu einem Reduktionsgas aufbereitet wird, welches in den unteren Teil des Schachtofens eingeblasen und durch den Schachtofen nach oben geleitet wird, aus dem das reduzierte Eisen unten entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teilstrom (9) in einen mit einem festen Reduktionsmittel gefüllten Gasgenerator (11) eingeführt wird, der einen Plasmabrenner (12) und Einrichtungen (13,13ajzum Einbringen eines zusätzlieirfn festen Reduktionsmittels sowie eincs Oxidationsmittels besitzt, wobei dieses Reaktionsgas durch den Plasmabrenner erhitzt wird und in das erhitzte Gas das zusätzliche feste Reduktionsmittel und das Oxidationsmittel eingeblasen werden, um eine Zwischengasmischiing zu bilden, weiche hauptsächlich aus CO und H2 besteht, wobei die in dem zusätzlichen festen Reduktionsmittel enthaltene Asche eine Schlacke bildet, und daß dieses Zwischengas mit wenigstens einem (10) der anderen Teilströme auf Reduktionstemperatur gemischt wird und danach in Vii Schachtofen eingeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationsmittel Wasser oder Sauerstoff verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwisehengasmischung auf einer Temperatur von etwa 1300 bis 15000C gehalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischengas mit wenigstens einem (10) der anderen Teilströme in einem derartigen Verhältnis gemischt wird, daß die Temperatur des entstehenden Reduktionsgases vor dem Einblasen in den Schach tofen (1) zwischen 700 und 1000° C liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Reduktionsgases vor dem Einblasen in den Schachtofen (1) auf annähernd 825° C gehalten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß CO2 und H2O dem Reaktionsgas durch eine Gaswaschung entzogen werden, bis der Gehalt an CO2 weniger als etwa 2% beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß als festes Reduktionsmittel imGasgenerator(ll) Koks verwendet wird.
&. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliches Reduktionsmittel Kohlenstaub verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischengasmischung durch einen Schwefelfilter (15) hindurchgeleitet wird.
10. Anlage zur Herstellung von Eisenschwamm durch kontinuierliche Reduktion von Eisenoxiden mit einem Schachtofen zur Reaktion der Eisenoxide durch ein Reduktionsgas, welches im wesentlichen aus CO und H2 besteht und untört in den Schachtofen cinblasbar ist, — mit im oberen Bereich des Schachtofens vorgesehenen Anordnungen zum Abzug des Reaktionsgases und mit Reinigungseinrichtungen zur Entfernung von CO2 aus dem Reaktionsgas, wobei eine Einrichtung zur Trennung des gereinigten Reaktionsgases in wenigstens zwei Teilströme und ein Gasgenerator zur Aufnahme wenigstens eines dieser Teilströme vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasgenerator (11) zur Erzeugung einer Zwischengasmischung eine Füllung aus einem festen Reduktionsmittel sowie einen Plasmabrenner (12) und Einrichtungen (13,13ajzum Einblasen eines festen Reduktionsmittels und eines Oxidationsmittels in das vom Plasmabrenner erhitzte Gas aufweist, und daß eine Mischeinrichtung zur dosierten Mischung dieser Zwischengasmischung mit wenigstens einem (10) der anderen Teilströme des Reaktionsgases vorgesehen ist
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, daduich gekennzeichnet, daß die Reinigungseinrichtungen aus einem CO2-Wäscher (7) besteht
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bzw. 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasgenerator (11) mit Anordnungen (16) zur Sch'ackenentfernung versehen ist
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gasgenerator (11) und der Mischeinrichtung ein Schwefelfilter (15) angeordnet ist
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis
13, dadurch gekennzeichnet daß die Einrichtung (13, 13a^ zum Einblasen des festen Reduktionsmittels und des Oxidationsmittels eine Injektionsfläche unmittelbar vordem Plasmabrenner besitzt
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