DE3133575C2

DE3133575C2 - Verfahren zur Eisenherstellung aus Stoffen, die Eisen mindestens teilweise in oxidischer Form enthalten

Info

Publication number: DE3133575C2
Application number: DE19813133575
Authority: DE
Inventors: Karl Dr.-Ing. 8458 Sulzbach-Rosenberg Brotzmann
Original assignee: Kloeckner CRA Technologie GmbH
Current assignee: Kloeckner CRA Patent GmbH
Priority date: 1980-08-22
Filing date: 1981-08-25
Publication date: 1987-05-07
Also published as: DE3133575A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gaserzeugung aus kohlenstoffhaltigen Brennstoffen in einem Eisen bad reaktor. Entsprechend der Lehre der Stammanmeldung P 3031680.4 werden die in der Eisenschmelze des Reaktors erzeugten Gase durch auf die Badoberfläche des Eisenbadreaktors geblasenen Sauerstoff im Reaktorraum oberhalb der Schmelze angesaugt, zur Badoberfläche mitgerissen und teilweise verbrannt, wobei die entstehende Wärme an die Eisenschmelze übertragen wird. Gemäß der Erfindung wird gleichzeitig mit dieser Gaserzeugung zusätzlich flüssiges Eisen (Roheisen) erzeugt, indem dem Eisenbadreaktor Eisen mindestens teilweise in oxidischer Form, beispielsweise als Erz, zugeführt wird. In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, das im Eisenbadreaktor erzeugte Kohlegas für die Vorreduktion von Erzen zu nutzen und die so vorreduzierten Erze dem Eisenbadreaktor zur Eisenerzeugung zuzuführen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Eisenherstellung aus Stoffen, die Eisen mindestens teilweise in oxidischer Form enthalten, wie beispielsweise Erz und/oder vorreduziertes Erz, in einem Eisenbadreaktor, bei dem die in der Eisenschmelze des Reaktors erzeugten Gase durch auf die Badoberfläche geblasenen Sauerstoff oder sauerstoffenthaltende Medien (z. B. Luft) im Reaktorraum oberhalb der Schmelze angesaugt und teilweise verbrannt werden und daß die dabei entstehende Wärme an die Eisenschmelze übertragen wird.

Es sind Verfahren bekannt, Erz zusammen mit Kohle in einer Eisenschmelze einzuleiten und direkt zu reduzieren. Um auf diese Weise 1 t Eisen aus Eisenerz herzustellen, sind ungefähr 3 t Kohle mit der ungefähren Zusammensetzung 78% C, 5% H₂, 3% H₂O, 5% Asche, 5% O₂, 1% Schwefel, Heizwert Hu 7500 kcal/kg erforderlich. Weiterhin beschreibt die DE Offenlegungsschrift 24 01 909 ein mehrstufiges Verfahren zur Reduktion von Eisenerz zur Erzeugung von flüssigem Eisen, bei dem eine sehr hochwertige Kohle und Sauerstoff angewendet werden. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die entstehenden Gase aufgrund ihres niedrigen Heizwertes ohne das kostennachteilige Zumischen von energiereichen Gasen nur noch für untergeordnete Zwecke einsetzbar sind.

Die kontinuierliche Vergasung von Kohle oder anderen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen in einem Eisenbadreaktor, einschließlich Stahlbadreaktor, mit einer Schlackenschicht zu einem im wesentlichen aus CO und H₂ bestehenden Gas ist ebenfalls bekannt. Die deutsche Patentanmeldung P 30 31 680.4-24 bezieht sich auf ein derartiges Verfahren, bei dem zur Vergasung Kohle mit geringem Heizwert benutzt wird. Da hierbei der aus dem Verbrennungsschritt von Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid herrührende Wärmeanteil zu gering ist, um die Wärmebilanz im Reaktorgefäß auszugleichen, wird eine teilweise Nachverbrennung der erzeugten Gase angewendet, um die notwendige Wärme dem Prozeß zuzuführen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachverbrennung der aus dem Eisenbad entweichenden Reaktionsgase im Gasraum des Eisenbadreaktors zu steigern und die dabei entstehende Wärme der Schmelze zuzuführen, um somit grundsätzlich die Möglichkeit zu schaffen, ein Verfahren zur Schmelzreduktion von Stoffen, die Eisen, in oxidischer Form enthalten, insbesondere Eisenerz, mit relativ einfachen Anlagen und geringem Kohleverbrauch zu betreiben und mit diesem Prozeß betriebssicher und insbesondere wirtschaftlich Eisen zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß durch die Teilverbrennung der Reaktionsgase im Gasraum des Reaktionsgefäßes CO₂- und H₂O-Gehalte im Abgas eingestellt werden, daß das Reduktionspotential ausreicht, um mit diesem Gas eine Vorreduktion der eisenoxidhaltigen Stoffe, im wesentlichen bis zur FeO-Stufe, durchzuführen.

Als Einsatzstoffe, die Eisen mindestens teilweise in oxidischer Form enthalten, eignen sich neben Erz unterschiedlicher Qualität insbesondere Pellets und Briketts aus unvollständig reduziertem Erz.

Gemäß der Erfindung wird das im Eisenbadreaktor erzeugte, heiße Gas zur Vorreduktion von Erzen oder anderen, Eisen mindestens teilweise in oxidischer Form enthaltenden Stoffen herangezogen. Diese Erze bzw. Stoffe liegen dabei vorzugsweise in feinkörniger Form vor. Die Gaszusammensetzung des Gases aus dem Reaktor, insbesondere der CO-Anteil und damit das Reduktionspotential dieses Gases, hängen von der eingesetzten Kohlesorte und dem Grad der Nachverbrennung im Eisenbadreaktor ab. Eine Kohle mit der eingangs spezifizierten Zusammensetzung liefert ein Gas mit der ungefähren Zusammensetzung von 57% CO, 14% CO₂, 14% H₂, 14% H₂O und einem Heizwert Hu von etwa 2100 kcal/m³. Dieses Gas eignet sich zur Erzreduktion. Bei der erfindungsgemäßen Vorreduktion, die beispielsweise in einem Wirbelschichtreaktor durchgeführt wird, werden die Erze mit Hilfe dieses Gases, ausgehend von Fe₂O₂, überwiegend in FeO und nur zu einem geringen Teil in Fe reduziert.

Diese Teilreduktion hat den verfahrenstechnischen Vorteil, daß die so vorreduzierten Erze noch nicht zum Versintern, d. h. zum Verkleben, Zusammenbacken oder anderweitigem Stückigwerden, neigen, wie es bei einer weiterreichenden Reduktion von feinkörnigen Erzen mit Fe-Gehalten von beispielsweise mehr als 30% der Fall ist. Die vorreduzierten Erze gemäß der Erfindung bestehen im wesentlichen aus FeO und führen somit nicht zur Bildung von größeren Agglomeraten. Sie lassen sich daher weiterhin in einfacher Weise pneumatisch transportieren, insbesondere in einen Eisenbadreaktor einblasen.

In der Praxis hat es sich in Hinblick auf eine optimale Energiebilanz als vorteilhaft erwiesen, wenn das aus dem Eisenbadreaktor austretende heiße Gas zunächst auf eine optimale Reduktionstemperatur von etwa 700 bis 900°C, vorzugsweise 750 bis 800°C, heruntergekühlt und mit dieser Temperatur dem eigentlichen Reduktionsprozeß zugeführt wird. Die hierbei anfallende Wärme wird vorteilhafterweise genutzt, um die Erze vorzuwärmen. Das Reduktionspotential des zugeführten Gases sollte ausreichen, um einen wesentlichen Teil des Erzes zu FeO zu reduzieren. Bei dem Gas der obengenannten Zusammensetzung ist dies der Fall. Das Gas hat hinter der Reduktionsstufe, die beispielsweise als Wirbelbett ausgebildet ist, ungefähr eine Zusammensetzung von 44% CO, 27% CO₂, 11% H₂, 18% H₂O und einen Heizwert Hu von 1600 kcal/m³. Es eignet sich demzufolge für die Verfeuerung beispielsweise in Industrieofenanlagen. Es ist immer noch energiereicher als das Gichtgas aus dem Hochofenprozeß, das ebenfalls in Industrieöfen verbrannt wird.

Besonders vorteilhaft im Sinne der Erfindung erweist sich eine Prozeßführung, bei der das vorreduzierte Erz im heißen Zustand direkt der Schmelze im Eisenbadreaktor zugeführt wird. Bei dieser Verfahrensweise reichen beispielsweise 650 kg Kohle der genannten Zusammensetzung aus, um 1 t Eisen im Eisenbadreaktor zu erzeugen. Es ergibt sich bei dieser Prozeßführung eine geringere Gasmenge, und das Gas hat einen niedrigeren Heizwert gegenüber der Prozeßführung ohne Vorreduktion, jedoch ist die Wärmebilanz, d. h. die Energieausnutzung der Kohle, insgesamt günstiger. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird aufgrund der Erzvorreduktion insgesamt flexibler und läßt sich den unterschiedlichen Bedürfnissen in den einzelnen Werken besser anpassen.

Das nachfolgende Beispiel beschreibt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem konverterähnlichen Reaktorgefäß mit 60 t Eisenschmelze. Im Boden des Konverters sind zehn Düsen mit einem lichten Durchmesser von 28 mm angebracht. Durch zwei der Düsen wird Kohlenstaub mit einer Menge von 350 kg/min eingeblasen, wobei als Trägergas Stickstoff, Kohlendioxid oder auch Reduktionsgas aus dem Konverter selbst verwendet werden kann. Durch drei Düsen wird Sauerstoff, zusammen mit Erz, eingeblasen, während die anderen fünf Düsen mit Sauerstoff teilweise beladen mit Schlackenbildnern, wie z. B. Kalk, beschickt werden. Durch eine Seitendüse, die im oberen konischen Teil des Konverters angebracht wird, werden etwa 50% der Sauerstoffmenge auf das Bad geleitet. Mit einer Kohle der genannten Zusammensetzung und einem Erz mit 85% Fe₂O₂ werden pro Stunde 20 t Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt von ca. 3% hergestellt. Der Sauerstoffbedarf für die Vergasung von 1 t Kohle bei gleichzeitigem Einschmelzen von 1450 kg Erz beträgt 580 m³. Es entsteht ein Kohle- oder Brenngas mit der genannten Zusammensetzung (ca. 57% CO, 14% CO₂, 14% H₂, 14% H₂O und einem Heizwert Hu von ca. 2100 kcal/m³).
Es liegt auch im Sinne der Erfindung, das Reaktorgefäß so zu gestalten, daß es gleichzeitig als Konverter dient, um darin direkt Stahl zu erzeugen. Zu diesem Zweck wird jeweils vor dem Abstich der Kohlenstoffgehalt von ca. 2 bis 3%, wie er während des normalen Eisenbadreaktorbetriebes vorliegt, auf etwa 0,05% abgesenkt und eine Teilmenge von etwa 20 t abgestochen. Es verbleibt im Konverter eine Menge von etwa 50 t, die dann beim gleichzeitigen Blasen von Sauerstoff und Kohle mit etwas Kohleüberschuß langsam wieder auf den für den Dauerbetrieb gewünschten Kohlenstoffgehalt von 2 bis 3% aufgekohlt wird. Bei dieser Arbeitsweise hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, die Schlacke vom Eisenbad zu entfernen, bevor man den Kohlenstoff vollständig herausfrischt, d. h. ungefähr bei einem Restkohlenstoffgehalt zwischen 0,5% bis 2%. Die anschließend neu gebildete Frischschlacke, die mit dem abgestochenen Stahlbad in Gleichgewicht steht, verbleibt dann im Konverter.
Das Verfahren nach Anspruch 8 läßt sich besonders vorteilhaft durchführen, wenn das aus dem Eisenbadreaktor austretende, heiße Kohlegas zunächst durch eine Schicht des vorzuwärmenden Erzes hindurchtritt und dort bis auf etwa 750°C abgekühlt wird. Auf diese Weise wird die Erzschicht vorgewärmt. Weiterhin ist es nicht notwendig, das Kohlegas zu entstauben, vielmehr findet in der Erzschicht ein Entstauben statt. Auch die im Kohlegas enthaltenen Eisentröpfchen werden von der Erzschicht zurückgehalten und somit zusammen mit dem Erz später wieder genutzt.

Claims

1. Verfahren zur Eisenherstellung aus Stoffen, die Eisen mindestens teilweise in oxidischer Form enthalten in einem Eisenbadreaktor, bei dem die in der Eisenschmelze des Reaktors erzeugten Gase durch auf die Badoberfläche geblasenen Sauerstoff oder sauerstoffenthaltende Medien im Reaktorraum oberhalb der Schmelze angesaugt und teilweise verbrannt werden und daß die dabei entstehende Wärme an die Eisenschmelze übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Teilverbrennung der Reaktionsgase im Gasraum des Reaktionsgefäßes CO₂- und H₂O-Gehalte im Abgas eingestellt werden, daß das Reduktionspotential ausreicht, um mit diesem Gas eine Vorreduktion der eisenoxidhaltigen Stoffe im wesentlichen bis zur FeO-Stufe durchzuführen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stoffe, die Eisen mindestens teilweise in oxidischer Form enthalten, Erz und/oder teilweise vorreduziertes Erz, wie Pellets und/oder Briketts, dem Eisenbadreaktor zugeführt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffe, die Eisen mindestens teilweise in oxidischer Form enthalten, zusammen mit Sauerstoff oder den sauerstoffenthaltenden Medien auf die Schmelze geblasen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Reaktorgefäß das erzeugte, kohlenstoffhaltige Eisen zu Stahl gefrischt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des auf die Eisenbadoberfläche geblasenen Sauerstoffs, auch in Form sauerstoffenthaltender Medien, mindestens 10% der Gesamtgasmenge beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sauerstoffenthaltenden Medien vorgeheizt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Badoberfläche geblasene Sauerstoff oder die sauerstoffenthaltenden Medien als auf die Badoberfläche gerichtete Gasstrahlen zugeführt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße, aus dem Eisenbadreaktor austretende Gas auf eine zur Vorreduktion geeignete Temperatur von 700 bis 900°C, vorzugsweise 750 bis 800°C, abgekühlt und daß die hierbei anfallende Wärme zum Aufheizen des Erzes benutzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eisenbadreaktor das vorreduzierte Erz heiß zugeführt wird.