DE3324940C2 - Verfahren zum Herstellen von geschmolzenem Eisen aus Eisenerz - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren für die kombinierte Anwendung eines Bewegtbettreaktors für die Reduktion von Eisenerz mittels Gas und einem Schmelz-Vergaser zum Umwandeln der gebildeten Schwammeisenpellets in geschmolzenes Metall. Ein verbesserter Betrieb wird dadurch erzielt, daß man eine Mischung von fein zerkleinertem Schwammeisen und Kohle, die man entweder erhielt, indem man Schwammeisen und Kohle mischte und dann vermahlte oder indem man Schwammeisen und Kohle getrennt vermahlte und dann mischte, wird zusammen mit Sauerstoff an einem Punkt unterhalb der Oberfläche aus dem geschmolzenen Metallbad innerhalb des Schmelz-Vergasers eingeführt.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß in Stufe (d) eine feinkörnige Mischung aus Kohle und Schwammeisen hergestellt und die zerkleinerte Mischung in die Schmelze eingeführt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kohle und das Schwammeisen vor dem Zerkleinern miteinander vermischt

3. Verfahren gemäß Anspruch ., dadurch gekennzeichnet, daß man die Kohle und das Schwammeisen getrennt voneinander zerkleinert, bevor man sie dann vermischt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß man die feinteilige Mischung vor dem Zuführen zu der Schmelz-Vergasungsvorrichtung homogenisiert

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß man die feinteilige Mischung in einem Trägergas dispergiert und darin zu der Schmelz-Vergasungsvorrichtung führt

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß man wenigstens einen Teil des verbrauchten Gases aus dem Reduktionsreaktor als Trägergas für die feinteilige Mischung verwendet.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß man die feinteilige Mischung in das Bad unterhalb dessen Obefläche einleitet

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die feinteilige Mischung am Boden der Schmelz-Vergasungsvorrichtung zuführt

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geschmolzenem Eisen aus Eisenerz und insbesondere ein verbessertes Verfahren zum Umwandeln von Schwammeisenpellets, die in bekannten Bewegtbettreaktoren unter gasförmiger Reduktion in für die Stahlherstellung geeignetes geschmolzenes Eisen überführt werden.

Seit langen ist bekannt, daß Eisenerz in Klumpen oder Pelletform wirksam und wirtschaftlich in einem Vertikalschachtofen mit Bewegbett überführt werden kann, indem man ein heißes Reduktionsgas von unten nach oben durch ein abgsteigendes Bett von Erzteilchen strömen läSt Es ist auch bekannt daß feinteiliges Erz zu Schwammeisen in feinkörniger Form in einem Fließbett-Reduktionsreaktor reduziert werden kann, in welchem die feinen Erzteilchen in einem heißen Reduktionsgas suspendiert sind. Im allgemeinen schließen sich

to die beiden Verfahren gegenseitig aus, weil einerseits feinkörniges Erz, das in einem Bewegtbettreaktor verwendet wird, einen zu starken Gasabfall in dem Bett bewirkt und andererseits Erz in Form von Klumpen oder Pellets nichtbefriedigend in einem Fließbettreaktor fluidisiert werden kann. Der Bewegtbettreaktor hat den großen Vorteil, daß er, weil eine sehr dichte Masse von Erz darin verarbeitet wird, eine erhebliche größere Tonnage an Produkt pro Volumeneinheit des Reaktors verarbeiten kann als ein Fließbettreaktor.

Im allgemeinen besteht das Bedürfnis, das in einem solchen Reduktionsverfahren gebildeie Schwammeisen in eine geschmolzene Form zu überführen und eine Reihe von Verfahren zum Schmelzen von Schwammeisen sind bekannt So werden in den US-PS 42 38 226 und 42 48 626 Bewegtbettreaktoren beschrieben, die Schmelz- und Vergasungsvorrichtungen enthalten, in denen ein Bad aus geschmolzenem Eisen aufrechterhalten wird. Das in Pelletform erhaltene Schwammeisen aus dem Reduktionsreaktor wird auf das geschmolzene Bad gegeben und das Bad bleibt geschmolzen, indem man eine Mischung aus pulverisierter Kohle und Sauerstoff der Vergasungseinheit zuführt Reduktionsgas, das in der Vergasungsvorrichtung verwendet wird, kann eingesetzt werden, um das Erz in dem Bewegtbettreaktor zu reduzieren. Geschmolzenes Eisen wird absatzweise aus der Vergasungseänheit für die Verwendung bei der Stahlherstellung entfernt Ein ganz ähnliches System wird in US-PS 40 07 034 beschrieben.
Verfahren wie die vorerwähnten, "bei denen Schwammeisenpellets aus einem Bewegtbettreaktor in eine Schmelz-Vergasungsvorrichtung eingegeben werden, weisen eine Reihe von Nachteilen auf, die im wesentlichen darauf beruhen, daß das Schwammeisen Komponenten enthält welche eine Schlackeschicht ausbilden, die auf der Oberfläche des geschmolzenen Eisenbades schwimmt Wegen seiner Porosität hat Schwammeisen eine niedrigere Dichte als die Schlacke und neigt daher dazu, sich oberhalb der Schlacke anzusammeln, anstatt durch die Schlackeschicht hindurchzudringen und in das darunterliegende Schmelzbad einzutreten. Diese Tendenz kann wenigstens zum Teil dadurch vermieden werden, daß man einen relativ langen freien Fallweg für die Schwammeisenpellets vorsieht so daß sie ausreichend kinetische Energie ansammeln, um durch die Schlackeschicht hindurchzudringen. Dies macht jedoch eine Vergrößerung des Gasraumes oberhalb des geschmolzenen Bades erforderlich und sichert auch nicht in jedem Fall, daß die Schwammeisenpellets durch die Schlackeschicht hindurchtreten.

Weil ein erheblicher Teil des Schwammeisens nicht schnell durch die Schlackenschicht hindurchdringt, findet eine zu starke Abkühlung der Schlacke und eine damit verbundene Aufstauung von Schwammeisen sowohl in als auch auf der Schlacke statt. Eine solche Aufstauung kann einen unkontrollierbaren Ofenbetrieb ergeben. Wenn die porösen Schwammeisenpellets einmal in das geschmolzene Bad eingetreten sind, verzögert deren realtiv schlechte Wärmeleitfähigkeit und der

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große Teilchendurchmesser den gewünschten Wärme- wegtbettreaktor für die gasförmige Reduktion, wie er

übergang und die chemischen Reaktionsgeschwindig- üblicherweise technisch angewendet wird, um Eisenerz

keiten. Dadurch werden die Schmelz- und Vergasungs- in Form von Pellets oder Klumpen zu Schwammeisen

zeiten erhöht und infolgedessen nimmt der Energiever- zu reduzieren. Der Reaktor 10 hat eine Reduktionszone

brauch aufgrund der Wärmeverluste in der Schmelz- 5 12 im oberen Teil und eine Kühlzone 14 im unteren Teil.

Vergasungsvorrichtung zu. Die zu reduzierenden Erzpellets treten in den Reaktor

Es ist bekannt, daß bei den bekannten Reduktionsver- durch den Einlaß 16 ein und fließen durch die Redukfahren in einem Senkrechtschachtreaktor mit Bewegt- tionszone 12 nach unten, wo sie zu Schwammeisen bett eine gewisse Menge an Schwammeisenfeinstoffen durch einen nach oben strömenden Strom des Redukdurch thermischen und mechanischen Abbau des Eisen- 10 tionsgases reduziert werden. Das so gebildete erzeuges erzeugt werden. En Teil der Feinstoffe er- Schwammeisen fließt dann durch die Kühlzone 14, wo reich? das Bad nicht, sondern wird mit dem erzeugten es durch einen nach oben strömenden KühJgasstrorn Gas ausgetragen und dadurch wird die Ausbeute an gekühlt wird. Das gekühlte Schwammeisen tritt aus dem geschmolzenem Eisen vennindert und die Feststoffe, die Reaktor durch die Auslaßleitung 8, enthaltend ein Drehsich in dem System, durch welches das erzeugte Reduk- 15 ventil 20, welches den Materialfluß durch den Reaktor tionsgas nach dem Verlassen der Schmelz-Vergasungs- reguliert, aus. Das Kühlgas, das beispielsweise vervorrichtung passiert, sehr stark erhöhen. Außerdem brauchtes Reduktionsgas aus dem Reaktor oder ein kann die Anwesenheit von Schwammeisenfeinstoffen Inertgas, wie Stickstoff, sein kann, wird in den Reaktor im oberen Teil der Schmelz-Vergasungsvorrichtung zu in der Nähe des Bodens der Kühlzone 14 durch die erheblichen chemischen Angriffen an bestimmten Arten 20 Leitung 12 zugeführt und verläßt den Reaktor durch die von feuerbeständigen Auskleidungen, wie sie in solchen Leitung 24.
Einrichtungen verwendet werden, führen. Schwammeisenpellets, die im Reaktor 10 erzeugt

Hinsichtlich der Verflüssigung von feinem Schwamm- werden, werden mit Kohle vermischt und die erhaltene eisen, das in einem Fließbettreduktionsverfahren er- Mischung wird dann in eine feinteilige Form vermahlea zeugt wird, wird in US-PS 40 45 214 ein Verfahren be- 25 Im einzelnen werden die Schwammeisenpellets durch schrieben, bei dem feinkörniges Eisenerz zunächst vor- die Auslaßleitung 18 in eäie Scheibenmühle 26 eingeerhitzi und einem Gegenstrom-Wärmeaustauscher teil- bracht Gleichzeitig wird Kohle aus einem Trichter 28 reduziert wird und dann in einem Fließbettreaktor unter mittels eines Schneckenförderers 30 durch die Leitung Ausbildung von Schwammeisen reduziert wird. Das fei- 32 in die Mühle eingebracht Die Entfernung der gemahne Schwammeisen wird mit Kohlenstaub vermischt und 30 lenen Mischung aus Kohle und Schwammeisen wird die Mischung wird dann in ein Eisenschmelzbad in einer durch ein Drehventil 34 geregelt Die Mischung wird Schmelz-Vergasungsvorrichtung eingeführt in welche wünschenswerterweise auf eine Teilchengröße von elementarer Sauerstoff ebenfalls eingeführt wird und 3 mm oder weniger zerkleinert

dann mit dem Kohlenstaub reagiert und ein Reduktions- Wie schon erwähnt wird die zerkleinerte Mischung gas erzeugt das als Fließmedium in dem Fließbettreak- 35 und Kohle und dem Schwammeisen vorzugsweise, jetor verwendet wird. Wie vorher erwähnt haben solche doch nicht obligatorisch, homogenisiert, bevor sie der Fließbettverfahren jedoch Nachteile, weil sie wegen der Schmelz-Vergasungsvorrichtung zugeführt wird. Eine großen Ausdehnung des Fließbettes eine verhältnismä- solche Homogenisierung kann man in einem in der ßig geringe Menge an Schwammeisen pro Volumenein- Zeichnung gezeigten im Kreislauf gefahrenen Homogenen eines ".eaktors erzeugen. In US-PS 40 08 074 wird 40 nisierungssystemvornehmen. Das beschriebene System weiterhin ein Verfahren beschrieben, bei dem feinkörni- besteht aus einem Zuführtrichter 36, einer Leitung 38 ges Schwammeisen in einer Schmelz-Vergasungsvor- mit einem Drehventil 40 und einer Rückleitung 42. die richtung einem geschmolzenem Bad zugeführt wird. zusammengenommen eine geschlossene Schleife bilden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfah- durch welche das zerkleinerte Material mittels eines ren zum Umwandeln von Eisenerz in geschmolzenes 45 Trägergases im Kreislauf gefahren whd. Das das Dreh-Eisen zu teigen, bei dem man einen Reaktor zur Reduk- ventil 34 passierende zerkleinerte Material fließt in die tion von Eisenerz mit Gas und eine Schmelz-Verga- Rückleitung 42 der Kreislaufschleife und von dort in den sungsvorrichtung kombiniert und dadurch eine verhält- Zuführtrichter 36, in welchem die Abtrennung der Festnismäßig hohe Produktionsrate, wie sie für einen Be- stoffe aus dem Trägergas erfolgt und die Feststoffe werwegtbettreaktor typisch ist erzielt und gleichzeitig die 50 den dann durch die Leitungen 38 und 42 im Kreislauf Nachteile der vorerwähnten Kombinationssysteme ver- gehalten. Trägergas aus dem Zuführtrichter 36 fließt meidet. durch die Leitung 44 zu einem Zyklonabscheider 46, wo

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß An- die Feststoffe abgschieden und in den Zuführtrichter 36

spruch 1 gelöst durch die Leitung 48 zurückgeführt werden.

Die feinteilige Mischung aus Schwammeisen und 55 Das zum Förden des feinteiligen Materials vtrwen-Kohle kann man z. B. erhalten, indem man getrennt die dete Trägergas wird der Homogenisierungsschle'fe Schwammeisenpellets und Kohle zerkleinert und mahlt durch eine Leitung 50, enthaltend ein Ventil 52, zuge- und anschließend die zerkleinerten Materialien ver- führt und kann aus irgendeiner Quelle stammen. So mischt oder alternativ, indem man das Schwammeisen kann man das Gas, welches im Zyklonabscheider 46 und die Kohle vormischt und dann diese Mischung zer- 60 abgeschieden wird, durch die Leitung 54, enthaltend die kleinen oder mahlt. Vor der Zufuhr dieser Mischung in Pumpe 56 in die Leitung 50 und von dort zu der Homodie Schmelz-Vergasungsvorrichtung wird sie Vorzugs- genisierungsschleife zurückgeführt werden. Verbrauchweise, jedoch nicht obligatorisch, homogenisiert. Die tes Gas aus dem Reaktor 10 kann als Trägergas verwen-Verwendung der feinteiligen Mischung aus Schwamm- det werden und, wie in der Zeichnung gezeigt wird, der eisen und Kohle bewirkt ein schnelles Schmelzen des 65 Leitung 50 durch tine Leitung 58 für verbrauchtes Gas, Schwammeisens und eine hohe Wärmeeffizienz in dem enthaltend Pumpe 60 und Ventil 62, zugeführt werden. System. Das Gas kann auch von einer äußeren Quelle durch die

In der Zeichnung bedeutet 10 einen vertikalen Be- Leitung 64, enthaltend einen Strömungsmesser 66, züge-

führt werden.

Die zerkleinerte und homogenisierte Mischung aus Kohle und Schwammeisen wird als Zufuhrmaterial verwendet für den mit der Ziffer 70 bezeichneten Schmelz-Vergaser. Die Schmelz-Vergasungsvorrichtung kann bekannter Art sein, wie sie beim Stand der Technik verwendet wird und besteht aus einem mit feuerbeständigen Material ausgekleideten Gefäß 72, enthaltend ein Bad 74 aus geschmolzenem Eisen und eine Schlackeschicht 76, die darauf schwimmt Die Kohle/Schwammeisen-Mischung wird am Boden des Zufuhrtrichters 36 durch die Leitung 78, enthaltend ein Drehventil 80, abgezogen und wird durch Trägergas aus der Leitung 50 über die Abzweigleitung 82 durch die Leitung 84 und einen Einlaß 86 am Boden des Schmelz-Vergasers zügeführt. Sauerstoff aus einer geeigneten Quelle wird in den Schmelz-Vergaser durch eine Leitung 88, die sich nach unten durch das Zentrum des Einlasses 86 erstreckt, 7ngpführt Wünsrhensverterweise werden scv/ch! dis Kohle/Schwammeisen-Mischung und der Sauerstoff in den Schmelz-Vergaser durch Winddüsen eingeführt

Innerhalb des Schmelz-Vergasers reagieren die Kohle und der Sauerstoff und ergeben ausreichend Wärme, um das Bad 74 geschmolzen zu halten und um die ankommenden Schwammeisenteilchen zu halten und um die ankommenden Schwammeisenteilchen zu schmelzen. Der Sauerstoffstrom wird jedoch unterhalb der Menge gehalten, die erforderlich wäre, um eine vollständige Verbrennung der Kohle zu bewirken. Durch die resultierte Teilverbrennung der Kohle wird eine Reduktionsgasmischung erzeugt, die für die Verwendung beim Reduzieren des dem Reaktor 10 zugeführten Eisenerzes geeignet ist Der Schmelz-Vergaser 70 enthält eine Austragsleitung 90, durch welche das geschmolzene Eisen aus dem Bad 74 abgezogen werden kann und eine Auslaßleitung 92, durch welche man die Schlacke abziehen kann.

Heißes in dem Schmelz-Vergaser erzeugtes Reduktionsgas fließt durch die Leitungen 94 und % in den Reaktor 10. Die Temperatur des Reduktionsgases kann beim Verlassen der Oberfläche des geschmolzenen Bades 74 in der Größenordnung von 1500⁰C liegen, d. h, daß sie wesentlich höher ist als es in der Reduktionszone des Reaktors erwünscht ist Infolgedessen wird, wie weiter unten beschrieben wird, das heiße Gas aus dem Schmelzer-Vergaser mit kühlem verbrauchten Gas aus dem Reaktor in einer solchen Menge vermischt die ausreicht um die Mischung auf eine Temperatur in der Größenordnung von 900° C zu bringen.

Das so vermischte Gas fließt durch die Leitung 96 zum unteren Teil ohr Reduktionszone 12 und von dort nach oben durch das Erzbett unter Reduktion des Erzes zu Schwammeisen. Verbrauchtes Reduktionsgas tritt am Kopf des Reaktors 10 durch die Leitung 98 aus, fließt durch einen Abschreckkühler 100 in die Leitung 102 und wird dann in verschiedene Ströme aufgeteilt Ein Teil des verbrauchten Gases wird mittels der Pumpe 104 im Kreislauf gefahren und mit frischem Reduktionsgas, welches durch die Leitung 96 fließt vermischt um die Temperatur in der vorerwähnten Weise zu erniedrigen, eo Ein zweiter Teil des verbrauchten Gases fließt in die Leitung 106, enthaltend einen Strömungsmesser 108, zur Ansaugseite der Pumpe 60 und von dort durch die Leitung 58 zu der Trägergaszuführleitung 50. Der Rest des verbrauchten Gases wird aus dem System durch die Leitung 110, enthaltend einen Rückdruckregulator 112, abgezogen und fließt zu einer geeigneten Verwendung oder wird verworfen.

Die als Zufuhr zu dem Schmelz-Vergaser verwendeten realtiven Mengen an Kohle und Eisenerz variieren in einem gewissen Maße in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Kohle und des Eisenerzes. Typischerweise beträgt das Gewichtsverhältnis von Kohle zu Eisenerz 0,25 :1 bis 1,2 :1. Die Menge des verwendeten Sauerstoffs ist auch eine Funktion der Zusammensetzung aus der Kohle und dem Schwammeisen; im allgemeinen liegt das Gewichtsverhältnis von Sauerstoff zu Schwammeisen im Bereich von 0,35 :1 bis 0,7 :1. Gewünschtenfalls kann man Kalk zu dem Sauerstoffstrom geben, damit dieser mit dem Schwefelgehalt in dem geschmolzenen Bad reagiert.

Aus der vorerwähnten Beschreibung wird ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren eine Reihe von Vorteilen aufweist, wie sie zu Beginn der Beschreibung erläutert wurden. Durch die Verwendung einer fein zerteilten Mischung aus Kohle und Schwammeisen und das Einführen dieser Mischung in den Boden des Sc-uiüciz-Vergasers mittels eines Trägergases, wird ein schnelles Verteilen und Schmelzen der Schwammeisenteilchen erzielt, sowie auch eine außerordentlich wirksame Gaserzeugung. Dadurch kann man eine verhältnismäßig hohe thermische und Materialeffizienz erzielen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von geschmolzenem Eisen aus Eisenerz, bei dem

(a) das Erz in Form von Klumpen oder Pellets in einen Vertikalschachtofen mit Bewegtbett eingeführt,

(b) heißes Reduktionsgas von unten nach oben durch das Bewegtbett unter Reduktion des Erzes zu Schwammeisen geleitet,

(c) ein Bad aus geschmolzenem Eisen in einer Schmelz-Vergasungsvorrichtung eingerichtet,

(d) das in Stufe (b) erzeugte Schwammeisen in die Schmelze eingeführt,

(e) elementarer Sauerstoff und Kohle unter Umsetzung der Kohle in der Mischung und um das Bad geschmolzen zu halten und ein Reduktionsgas zuJis'Jden, in das Bad eingeführt,

(J) wenigstens ein Teil des erzeugten Reduktionsgases als das Reduktionsgas, welches durch das Bewegtbett aus Erz geleitet wird, verwendet und

(g) das geschmolzene Eisen aus der Schmelz-Vergasungsvorrichtung abgezogen wird,