DE3132766A1 - "verfahren zur kontinuierlichen reduktion von eisenhaltigen stoffen" - Google Patents
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Description
tf- HUBERT BAUER
PATENTANWALT
VNR: 1οο 3ο7
Deutsches Patentamt telefonco24d eo^ass
Zweibrückenstr. 12 . tbleorammei patentbaubr aachbn
8ooo München 2 . »1*870100«»
DBUTSCHB BANKAO, AACHBN 3 002081
(BLZ 880 700 20)
B/MJ (1469) \ 11. August 1981
Bez.: "Verfahren zur kontinuierlichen-Reduktion von eisenhaltigen
Stoffen"
* a* # α λ tf ο
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen
Reduktion von eisenhaltigen Stoffen, insbesondere von feinkörnigem Eisenerz.
Feinkörniges Eisenerz steht in großen Mengen und zu relativ niedrigen .Preisen zur Verfügung. Der Grund hierfür
ist die Tatsache, daß, der Billigtransport von Erzen
mittels Rohrleitungen voraussetzt, die Erze in feingemahlenem Zustand vorliegen, wobei die mittlere Korngröße
bei rund 5o μ liegt. Dies wiederum hat zur Folge, daß die auf billigem Wege transportierten Erze erneut in eine Form
überführt werden müssen, die ihre metallurgische Weiterverarbeitung gestattet, was bedeutet, daß die Erze vor ihrer
Weiterverarbeitung pelletiert werden müssen. Das Pelletieren ist, da man die Pellets brennen muß, eine relativ kostspielige
Angelegenheit, so daß die durch den Billigtransport erzielten Gewinne infolge der zwangsläufig notwendigen Überführung
der Erze in Pellets wieder verlorengehen.
Es hat an Versuchen, Erze kontinuierlich zu reduzieren, nicht gefehlt, wobei man sich vorwiegend grobkörnigen bis stückigen
Erzen widmete, da die kontinuierliche Reduktion feinstkörniger Eisenerze problematisch ist, und zwar ungeachtet
ob man die Reduktion in der Fest- oder bis in die Flüssigphase betreiben will.
Direktreduktionsprozesse, die·in der Festphase und beispielsweise
in Drehrohröfen durchgeführt werden, sind seit langem bekannt. So beschreibt die GB 1.358.780 ein Verfahren, bei
dem Eisenerz durch Einblasen von Erdgas unterhalb der Erzschüttung
reduziert wird. Die hierbei entstehenden Abgase werden mit Luft gemischt und über dem Er.zbett verbrannt.
Die Eisenträger sind Stückerz, Erzpellets-und ggf. auch
Sinterpellets, Die Natur der in Drehrohrofen durchgeführten
Direktreduktionsprozesse erfordert es, daß sowohl die Eisenträger als auch die Reduktionsmittel, sofern es
sich nicht um reduzierende Gase handelt, in stückiger Form vorliegen.
In der Tat gilt es zu vermeiden, daß die eingesetzten Stoffe bzw. Stoffe, die bereits reduziert oder vorreduziert
sind, durch die Blaswirkung der Flammen aus dem Drehrohr hinausgeblasen werden und sich an den Filtern absetzen. Aus
diesem Grund ist auch bei der Wahl stückigen Einsatzmaterials auf die Festigkeitseigenschaften bei hohen
Temperaturen zu achten.
Nun sind stückiges Erz bzw. Kohle, die die erforderliche Hochtemperaturfestigkeit aufweisen, selten und demnach entsprechend
teuer. Die überführung feinkörniger Erze in Erzpellets ist ebenfalls ein teurer Verfahrensschritt, da
Pelletieranlagen nur unter recht hohen Kosten betrieben werden können.
Was die Reduktion bis in die Flüssigkeitsphase anbelangt, so hat die Anmelderin in ihrer LU-PS 71.435 ein Verfahren
zur Herstellung von flüssigem Roheisen beschrieben, das eine gleichzeitige Gewinnung eines Gasgemisches vorsieht,
das zum Vorreduzieren des eingesetzten Erzes verwendet wird. Ein Kohlenstoffträger wird mit Hilfe eines Trägergases in
einer ersten Zone eines Eisenbades tief in dasselbe eingeführt,
wobei Kohlenstoff an das Eisen gebunden und das Bad gezielt aufgekohlt wird. In einer benachbarten Zone des einer
stetigen Durchmischung unterzogenen Bades wird mittels eingeblasenem Sauerstoff der Kohlenstoffüberschuß wegoxydiert und
in Kohlenoxyd überführt, während man das durch die entstandenen Reduktionsgase in einem anschließenden Reaktionsraum
wenigstens teilweise vorreduzierten Erz in nächster Umgebung der exothermen Reaktionszone aufgibt und zum Schmelzen
bringt.
Bei der Durchführung dieses Verfahrens ist selbstverständlich eine Kohlenstoff-Einblaslanze erforderlich, was hohe
Kosten mit sich bringt. Weiter ist zu bemerken, daß im Verlauf des Prozesses sehr heiße Abgase entstehen, deren
Temperatur bei ca. I45o° C liegt. Will man diese Abgase zum
Vorreduzieren von Erz benutzen, so muß eine Kühlstufe vorgesehen werden. Eine Entstaubung der Abgase ist ebenfalls
zu empfehlen.
Das Ziel der Erfindung bestand demnach darin, ein Verfahren
vorzuschlagen, das es gestattet, billige feinkörnige Eisenträger mit Hilfe von billigen, festen Reduktionsmitteln zu
reduzieren, und das es ermöglicht, sowohl im Rahmen einer Reduktion in der Festphase als auch bis in die Flüssigphase
zu arbeiten und insbesondere im letzteren Fall die durch die hohen Temperaturen der Abgase geschaffenen Probleme in
einen Vorteil zu verwandeln.
Dieses Ziel wird erreicht durch das erfindungsgemäße Verfahren,
.das dadurch gekennzeichnet ist, daß man feinkörnige
Erze sowie gemahlene Steinkohle im Verhältnis 2:1 bis 5:1 getrennt im Flugstromreaktor mit Hilfe von Heißgas aufheizt,
die heißen Komponenten mischt, wobei die Temperatur des Gemisches zwischen 47o und 53o C liegt, und anschließend
heiß brikettiert und daß man die heißen Briketts genügend hohen Temperaturen aussetzt um zu bewirken, daß einerseits
das Eisenoxyd reduziert wird und daß andererseits CO-Gas entsteht, welches man durch gezielte Sauerstoffzufuhr verbrennt.
Erfindungsgemäß kann man Feinerze mit als Bindemittel
dienender, backender, erweichender Steinkohle sowie zusätz-
. lieh mit nicht erweichenden, kohlenstoffhaltigen Substanzen
wie niederflüchtigen'Steinkohlen, Koksgrus, feinkörnigem
Schwelkoks und/oder Petrolkoks vermischen. Man kann aber auch nicht backende Steinkohle verwenden und einen Zusatz von Pech
.als Bindemittel vorsehen.
Das" erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, daß man die Feinerze· sowie gegebenenfalls die nicht erweichenden kohlenstoffhaltigen
Substanzen vor dem Vermischen mit dem Anteil erweichender backender Steinkohle und vor dem Brikettieren
auf eine Temperatur bringt, die oberhalb der Brikettiertemperatur liegt, während die erweichende backende Steinkohle
auf eine Temperatur gebracht wird, die unterhalb des Erweichungspunktes
der Steinkohle liegt. Die Temperaturen der Komponenten stellt man vor dem Vermischen so ein, daß als
Gemischtemperatur die gewünschte Brikettiertemperatur resultiert.
Die Brikettierung erfolgt zweckmäßigerweise auf einer Walzenpresse, die mit Anpreßdrücken zwischen 1 und 5 kg/cm
Walzenbreite arbeitet.
Die fertigen Briketts können nach dem Verlassen der Walzenpresse längere Zeit, mindestens jedoch 3o Minuten im Bereich
der Preßtemperatur'gehalten und dadurch zusätzlich verfestigt
werden.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Preßlinge heiß chargiert. Auf diese Weise wird
die sonst notwendige Kühlung eingespart, und die fühlbare Wärme der Preßlinge geht nicht verloren.
Nach einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die heißen Briketts in einen konventionellen Drehrohrofen chargiert, an dessen Austrittsende sich zumindest
ein Brenner befindet, der beim Prozeßbeginn für die notwendige Starttemperatur sorgt und der im Verlauf des
Prozesses etwaige Temperaturschwankungen ausgleicht.
Da, wie bereits gesagt, während des Reduktionsvorganges
CO-Gas entsteht, das zum Heizen des Ofens dienen soll, ist der Drehrohrofen mit Manteldüsen ausgerüstet, die zu einer
gezielten Frischluftzufuhr dienen. Der Reduktionsvorgang selbst wird in überwiegendem Maße durch die Reaktion mit dem
festen Kohlenstoff bewirkt. Die beim Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens anfallenden Produkte sind Edelschrott
sowie Koksgrus. Der gewonnene Edelschrott kann metallurgisch
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weiterverarbeitet werden, ohne daß man auf notwendiges Probieren, Analysieren und Aussortieren zurückgreifen
muß j wie dies bei der Verwendung von üblichem Metallschrott der Fall ist.
Die bei der metallurgischen Verarbeitung der Briketts im Drehrohrofen herrschenden Temperaturen führen zwar zu
einer gewissen Festigkeitseinbuße, die Bindemittelkohle wandelt sich jedoch gleichzeitig in ein stabiles Koksgerüst
um, das dieser Festigkeitseinbuße entgegenwirkt.
Bei dem hier durchgeführten Drehrohrofen-Direktreduktionsprozeß findet der aus dem Bindemittel stammende Kohlenstoff
obendrein als Wärmeträger und Reduktionsmittel Verwendung.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, daß man die heißen Briketts in einen Konverter " chargiert, der ein Eisenbad enthält, dessen Kohlenstoffgehalt
möglichst hoch ist und das kontinuierlich durch Aufblasen von Sauerstoff entkohlt wird, wobei jnan. das Bad
gleichzeitig durch Einblasen von Inertgas durch den Konverterboden
Spülen kann.
Infolge des hohen Kohlenstoffgehaltes des Eisenbades gelangen
die Briketts sofort beim Auftreffen auf die Badoberfläche generell in ein stark reduzierendes Medium, und zwar ungeachtet ob und wieviel Schlacke sich über dem Bad befindet.
In der Tat kann man annehmen, daß sich ein Teil, wenn nicht
gar der Hauptteil, der metallurgischen Reaktionen beim Frischen innerhalb der Schlacke abspielt, was übrigens aus der Tatsache
erhellt, daß sich in den Konverterschlacken stets
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metallische Eisengranalien befinden. Aus diesem Grunde ist
es verständlich, daß der Sauerstoffstrahl, mit dem man das
Bad beaufschlagt, im vorliegenden Zusammenhang nicht stört, indem es etwa zu einer Oxydation des Brikettkohlenstoffs
vor Eintritt der Briketts in das Bad käme, sondern daß das Bad eben durch den Sauerstoffstrahl in eine so intensive
Wallung gebracht wird, daß die Briketts in die aus Schlacken und aus Eisen bestehende Wirbelschicht gelangen, wo auch die
Reduktion stattfindet.
Man kann sich vorstellen, daß das in den Briketts enthaltene Fe2o3 mit dem Brikettkohlenstoff gemäß Fe2o.3 + C = 2 FeO + CO
vorreduziert wird, während das FeO im Bad durch den Badkohlenstoff gemäß FeO + C = Fe + CO in die Metallphase übergeht.
Ob dies nun tatsächlich zutrifft oder nicht, ist so lange nebensächlich, wie man Sorge trägt, daß über die Brikettzugabe
immer genügend Kohlenstoff ins Bad gelangt um zu 'garantieren, daß das Bad soweit wie möglich an Kohlenstoff
gesättigt bleibt; dies insofern, als die Energiezufuhr letzten Endes durch das Verbrennen'von "Kohlenstoff erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet sich zum kontinuierlichen Herstellen von flüssigem Eisen an, da man durch kontinuierliches.
Chargieren von Briketts kontinuierlich Kohlenstoff in das Bad einführt und es damit sättigt. Gleichzeitig
reduziert man kontinuierlich Feinerz zu Eisen und führt dem Bad Energie zu, indem man Kohlenstoff durch Aufblasen von
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Sauerstoff verbrennt. Letzteres kann selbstverständlich auch diskontinuierlich erfolgen, wobei Intensität und Dauer
der Sauerstoffzugabe von der jeweiligen im Bad herrschenden
Temperatur sowie, vom Kohlenstoffgehalt des' Bades abhängen.
Diesen kann man mittels Analyse der Abgase abschätzen oder über entnommene Proben bestimmen. '
Was das Spülen des Bades mittels Inertgas durch den Konverterboden
anbelangt, so stellt diese Maßnahme ein wichtiges Hilfsmittel dar, indem man durch Variieren der Spülintensität die
Dicke sowie die Konsistenz der Schlackenschicht beeinflussen kann, so wie die Anmelderin dies in ihrer LU-PS 8i.2o7
beschrieben hat. In der Tat führt ein intensives Spülen mit Inertgas zu einem Zusammenbruch des Schlackenschaumes, wohingegen man durch Drosseln der Spülintensität die Ausbildung
einer dicken, schäumenden Schlackenschicht herbeiführen kann. Beim Spülen entsteht dünnschichtige, nicht schäumende.
Schlacke; man begünstigt die Entkohlung sowie die Nachverbrennung des CO über der Badoberfläche. Dies ist. .für das
erfindungsgemäße Verfahren von besonderer Bedeutung, da die sich über dem Bad befindliche Zone einerseits nicht überwiegend
aus Sauerstoff bestehen soll und andererseits ebendort hohe Temperaturen herrschen sollen.
Durch das Spülen mit Inertgas kann man demnach erfindungsgemäß die für die Brikettzugabe günstigen Bedingungen
schaffen, indem die Briketts über dem Bad ausreichend aufgeheizt werden und weder über dem Bad noch innerhalb der
Schlackenschicht einem übermäßigen Kontakt mit Sauerstoff
ausgesetzt sind, so daß die Reduktion ohne bedeutende Störung vonstatten gehen kann.
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Eine mögliche .Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, daß man die beim Entkohlen des Bades gebildeten heißen Abgase zum Ausnutzen ihrer fühlbaren Wärme sowie ihres
Verbrennungsenergiepotentials in.die Anlage führt, in der das Aufheizen des Erzes und der Kohlen sowie das Brikettieren
• stattfinden.
Eine weitere mögliche Ausführungsform besteht darin, daß man die Abgase als Heiz- bzw. als Reduktionsgase verwendet. In
der Tat bestehen die Abgase zu rund 75 % aus CO, wobei der Rest CO2 und Np ist.
Wichtig ist, daß man im Rahmen des Entkohlungsprozesses der Tatsache Rechnung trägt,, daß sich in den verwendeten kohlenstoffhaltigen
Substanzen mehr oder weniger relevante Mengen an Schwefel befinden können. Aus diesem Grunde fügt man, wie
bekannt, Schlackenbildner zu, um eine basische, gut fließende und hauptsächlich entschwefelnd wirkende Schlacke zu erhalten.
Die Schlackenbildner können entweder individuell oder aber als Bestandteile der Briketts in das Bad eingeführt werden.
Es sei ferner hervorgehoben, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht ausschließlich für die Reduktion oxydischer
Eisenträger geeignet ist, sondern daß es durchaus möglich ist, anstelle von Feinerz eisenhaltige Stäube oder Walzensinter
im Sinne einer Rückgewinnung und einer Umweltentlastung zu verwenden.
Claims (12)
1. Verfahren zur kontinuierlichen Reduktion von eisenhaltigen Stoffen, insbesondere von feinkörnigem Eisenerz,
dadurch gekennzeichnet, daß man feinkörnige Erze sowie gemahlene Steinkohle im Verhältnis 2:1 bis 5:1
getrennt im Flugstromreaktor mit Hilfe von Heißgas aufheizt, die heißen Komponenten mischt, wobei die
Temperatur des Gemisches zwischen 47o und 53o° C liegt,
und heiß brikettiert und daß man die heißen Briketts in ein Medium einführt, wo man sie genügend hohen
Temperaturen aussetzt um zu bewirken, daß das Eisenoxyd reduziert wird und daß CO-Gas entsteht, welches man
durch gezielte Sauerstoffzufuhr verbrennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Feinerz vor dem Vermischen mit backender
Steinkohle, mit beliebigen Anteilen nicht erweichender, kohlenstoffhaltiger Substanzen, wie niederflüchtiger
Steinkohle, Koksgrus, Schwelkoks, Petrokoks, vermengt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch.gekennzeichnet, daß
man das Feinerz vor dem Vermischen mit nicht backender Steinkohle mit beliebigen Anteilen an Pech als Bindemittel
versetzt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Feinerz sowie die kohlenstoffhaltigen
Zusätze vor dem Vermischen mit der Steinkohle auf eine Temperatur bringt, die oberhalb der Brikettiertemperatur
liegt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Anteil an Steinkohle vor dem
Vermischen mit dem Erzanteil und vor dem Brikettieren auf eine Temperatur bringt, die unterhalb des Erweichungspunktes
der Steinkohle liegt.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur der Komponenten vor
dem Vermischen so einstellt, daß als Gemischtemperatür die gewünschte Brikettiertemperatur resultiert.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß man die heißen Briketts in einen ein Eisenbad enthaltenden Konverter chargiert, das Bad durch
Aufblasen von Sauerstoff entkohlt und· es eventuell durch
Einblasen von Inertgas durch den Boden s.pült und daß man die heißen, beim Entkohlen des Bades gebildeten
Abgase sammelt.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bad während des Entkohlens gezielt
mit Inertgas spült und die Spülintensität so steuert, daß man die Entkohlung des Bades sowie die Nachverbrennung
des hierbei gebildeten CO über der Badoberfläche begünstigt und eine dünne Schicht nicht· schäumender
Schlacke über dem Bad erhält.·
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die fühlbare Wärme sowie die Verbrennungswärme
der beim Entkohlen des Bades gebildeten Gase ausnutzt, indem man sie zum Aufheizen des Gemisches aus
Kohlen und Erz in die hierfür verwendeten Reaktoren leitet.
1ο. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet,
daß man die beim Entkohlen des Bades gebildeten Abgase als Verbrennungsgase verwendet.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß man die beim Entkohlen des Bades gebildeten Abgase als Reduktionsgase verwendet.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß man die heißen Briketts in einen Drehrohrofen chargiert, in-welchera man die erforderliche hohe
Temperatur durch Verbrennen des bei der Reduktion entstehenden CO-Gases mit Luftsauerstoff aufrechterhält.
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