DE3345106C2 - Verfahren zum Schmelzen von zumindest teilweise reduziertem Eisenerz - Google Patents
Verfahren zum Schmelzen von zumindest teilweise reduziertem EisenerzInfo
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Abstract
Beim Einschmelzen von zumindest teilweise reduziertem Eisenerz in einem Einschmelzvergaser wird eine Wirbelschicht aufgebaut, in welcher Kohle zusammen mit sauerstoffhaltigem Gas umgesetzt wird, wodurch die Schmelzwärme erzeugt wird und ein Reduktionsgas gebildet wird. Die Reduktionsgase werden aus dem Vergaser ausgebracht und die im wesentlichen aus Kohlenstoff bestehenden Feststoffe abgeschieden. Die abgeschiedenen Feststoffe werden in der Folge agglomeriert und als Formkoks dem Einschmelzvergaser wieder zugeführt.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schmelzen von zumindest teilweise reduziertem Eisenerz oder Eisenschwamm in einem Einschmelzvergaser, in welchem aus eingebrachter Kohle und eingeblasenem O2-haltigem Gas die zum Schmelzen des reduzierten Materials erforderliche Wärme und Reduktionsgase erzeugt werden, wobei die Reduktionsgase einer Festkörperabscheidung unterworfen werden und die im wesentlichen aus staubförmigem Kohlenstoff bestehenden Feststoffe zumindest teilweise im Kreislauf geführt werden. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise der DE-OS 28 43 303 zu entnehmen. Derartige Reduktionsverfahren wurden insbesondere im Hinblick auf die Verwendung von schlecht oder nicht verkokbaren Kohlenstoffträgern entwickelt. Nachteilig bei diesen bekannten Verfahren ist die Tatsache, daß das im Einschmelzvergaser anfallende flüssige Metall einen relativ geringen Kohlenstoffgehalt aufweist und metallurgisch zu kalt ist. Auch der Schwefelgehalt liegt auf Grund des Temperaturverlaufes in einem derartigen Einschmelzvergaser und infolge des Einsatzes von geringerwertigen Kohlen relativ hoch. Es wurde zur Verbesserung dieser Situation bereits vorgeschlagen, die Temperatur durch Zufuhr von Energie, beispielsweise durch elektrischen Strom z. B. über Plasmabrenner zu erhöhen oder aber vorgewärmten Sauerstoff einzublasen.
- Bei den bekannten Verfahren fällt im Einschmelzvergaser entgaste, verkokte Fein- bzw. Staubkohle an, welche bisher nach Abscheidung in Heißzyklonen in den Prozeß rückgeführt wurde. Dieser Kohle- bzw. Koksstaub ist mit rund 90% Kohlenstoff als qualitativ hochwertig anzusehen und kann einem Hüttenkoks in der Regel gleichgesetzt werden.
- Die Erfindung zielt nun darauf ab, die Verweilzeit der heißen Eisenschwammteilchen bzw. Pellets aus einem vorangehenden Reduktionsschacht in der thermisch und metallurgisch aktiven Zone des Einschmelzvergasers zu erhöhen und zielt weiters auf eine Aufkohlung des flüssigen Metalls ab. Vor allen Dingen durch die Aufkohlung soll eine Verringerung des Schwefelgehaltes, sowie eine Erhöhung des Silizium- und Mangangehaltes im flüssigen Metall sichergestellt werden.
- Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung darin, daß die aus dem Reduktionsgas abgeschiedenen Feststoffe zumindest teilweise agglomeriert werden und daß der auf diese Weise erhaltene Formkoks im Bereich der Druckvergasung dem Einschmelzvergaser aufgegeben wird.
- Dadurch, daß die relativ hochwertige, entgaste und gegebenenfalls verkokte Fein- bzw. Staubkohle nicht wie üblich, mit einer Korngröße von weit unter 12 mm wieder in den Prozeß in die Hochtemperaturzone des Einschmelzvergasers rückgeführt wird, welche im unteren Teilbereich des Einschmelzvergasers liegt, sondern vor der Rückführung agglomeriert und in die Zone der Druckvergasung eingeführt wird, wird sichergestellt, daß die nunmehr größeren und mechanisch besser belastbaren Teilchen durch die Zone der Druckvergasung absinken und oberhalb des Metallbades eine Koksschicht ausbilden. Diese Koksschicht kann hierbei zum einen als wärmespeichernde Schicht dienen und da dann das im Bereich der Druckvergasung schmelzende Metall durch diese Koksschicht absinken muß, erfolgt in der flüssigen Phase ein Austausch mit dem Kohlenstoff des Formkokses und damit eine Aufkohlung des Bades. Ein derartiger Effekt läßt sich mit den staubförmigen Kohleteilchen, wie sie aus den Reduktionsgasen abgeschieden werden können, nicht unmittelbar erreichen, da die Korngröße dieser Teilchen bei maximal 1 mm liegt und die mechanische Stabilität zu gering ist, um ein Absinken und einen Aufbau einer derartigen Pufferschicht oberhalb des Metallbades zu erzielen. Vielmehr wird bei den bekannten Verfahren der rückgeführte staubförmige Kohlenstoff zum allergrößten Teil vergast und dient der Aufrechterhaltung des Kohlefließbettes in der Druckvergasungszone des Einschmelzvergasers.
- In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Formkoks im Bereich der Druckvergasung dem Einschmelzvergaser von oben aufgegeben.
- Der von oben in den Einschmelzvergaser eingebrachte Formkoks nimmt beim Durchtritt durch den Bereich der Druckvergasung einen hohen Anteil fühlbarer Wärme auf, welche allerdings auf Grund der durch die Teilverbrennung der Kohle mit Sauerstoff zu CO und H2 im Bereich der Druckvergasung erzielbaren Temperaturen immer noch geringer ist als die beispielsweise in einem Hochofen aufgenommene fühlbare Wärme des Kokses. Die unterhalb des Bereiches der Druckvergasung aufgebaute Schicht aus Formkoks führt aber nun zu einem intensiven Austausch mit dem niederschmelzenden Metall, wodurch die metallurgische Aufkohlung erzielt wird.
- Erfindungsgemäß soll dieser in stückiger Form zugesetzte Formkoks vorzugsweise auf eine Korngröße von >12 mm und <50 mm agglomeriert werden, wodurch sichergestellt wird, daß die Teilchen trotz der hohen mechanischen Beanspruchung beim Durchtritt durch den Bereich der Druckvergasung immer noch hinreichend stückig in den unteren Bereich des Einschmelzvergasers gelangen, um die gewünschte Pufferschicht aufbauen zu können. Erfindungsgemäß wird hierbei vorzugsweise so vorgegangen, daß der Formkoks in den Einschmelzvergaser in einer Menge eingebracht wird, welche für den Aufbau einer Formkoksschicht zwischen schmelzflüssigem Metall und dem Bereich der Druckvergasung des Einschmelzvergasers ausreicht.
- Gemäß der Erfindung wird der Formkoks vorzugsweise so erhalten, daß die aus dem Reduktionsgas abgeschiedenen Feststoffe zumindest teilweise brikettiert werden.
- Um die beispielsweise mit einem Heißzyklon abgeschiedenen Festteilchen auf die erforderliche Korngröße zu bringen, ist es vorteilhaft, wenn vor dem Brikettieren die heißen, abgeschiedenen Feststoffe mit kaltem Bindemittel versetzt werden. Der Britkettiervorgang wird üblicherweise bei geringeren Temperaturen vorgenommen als den Temperaturen, mit welchen die staubförmige Kohle anfällt, und es kann daher der Wärmeinhalt der staubförmigen Kohle vollständig zur Vorwärmung von Bindemitteln verwendet werden, ohne daß hierfür eine zusätzliche Aufheizung des Bindemittels erforderlich ist. In vielen Fällen ist es vorteilhaft, wenn die heißen abgeschiedenen Feststoffe in einem Wärmetauscher mit Bindemittel versetzt werden, wobei die rückgewonnene Wärme zur Vorwärmung bzw. Härtung des Formkokses vor der Rückführung in den Einschmelzvergaser verwendbar ist.
- In einfacher Weise kann als Bindemittel Hartpech, Bitumen und/oder bituminöse Braunkohle verwendet werden, wobei zur Verbesserung der mechanischen Stabilität des Formkokses mit dem Bindemittel Eisenoxidstaub, insbesondere aus einer Gichtgasreinigungsanlage, den zu agglomerierenden Feststoffen zugesetzt werden kann. Auf diese Weise wird gleichzeitig eine weitere Rückgewinnung von in den Prozeßabgasen enthaltenen Feststoffen erzielt. In besonders vorteilhafter Weise wird das Verfahren so ausgeführt, daß die Reduktionsgase nach der Feststoffabscheidung einer Gaswäsche unterworfen werden und daß der bei der Gaswäsche anfallende kohlenstoffreiche Schlamm zusammen mit dem Bindemittel den zu agglomerierenden Feststoffen zugesetzt wird. Insgesamt ergibt sich hierbei eine Verfahrensführung, bei welcher in der Druckvergasung Kohlen mit noch höheren Gehalten an flüchtigen Anteilen eingesetzt werden können als dies bisher der Fall ist. Gerade solche Kohlen neigen in der Druckvergasung zu einem Dekrepieren und führen damit zu einem hohen Anteil an staubförmigem, relativ hochwertigem, entgastem Material für die Formkoksherstellung. Der durch Agglomerieren bzw. Brikettieren hergestellte Formkoks kann dem Verfahren in heißem Zustand rückgeführt werden, wodurch die Energiebilanz kaum belastet wird und die Gefahr eines neuerlichen Zerspratzens verringert wird. Beim Brikettieren können in einfacher Weise metallische Zusätze, wie beispielsweise Aluminium, Silizium oder Magnesium, mitbrikettiert werden und es kann der Formkoks in besonders bevorzugter Form in einer Teilchengröße von 12 bis 30 mm in den Einschmelzvergaser eingebracht werden.
- Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Verfahrensschemas näher erläutert.
- In der Zeichnung ist mit 1 der Glockenverschluß für die Erzaufgabe auf einen Reduktionsschacht 2 bezeichnet. Über einen Verteiler 3 werden in den Reduktionsschacht 2 Reduktionsgase eingebracht, wobei die zugehörige Reduktionsgasleitung mit 4 bezeichnet ist. Das im Reduktionsschacht niedergehende Erz wird bei Temperaturen von etwa 900°C über Eisenschwammaustragsschnecken 5 und Eisenschwammfallrohre 6 in den Einschmelzvergaser 7 eingebracht, wobei eine Kühlgasringleitung 8 für die Eisenschwammfallrohre vorgesehen ist.
- In dem Einschmelzvergaser 7 wird im oberen Bereich ein Fließkohlebett 9 aufrechterhalten, in welchem die Vergasung der eingebrachten Kohle durchgeführt wird und die für das Erschmelzen des Metalles erforderliche Energie erzeugt wird. Die Kohlezuführung erfolgt hierbei an den mit 10 bezeichneten Stellen. Mit 11 ist der Vergaseraustritt bezeichnet. In das Vergasergas wird bei 12 Kühlgas eingespeist. Die Einspeisung des Kühlgases in den Vergaserkopf ist im 13 bezeichnet.
- Das über die Leitung 14 abgezogene Vergasergas wird in einem Heißzyklon 15 von enthaltenen Feststoffen, insbesondere der staubförmigen Kohle gereinigt, welche über eine Leitung 16 im unteren Bereich der Druckvergasung dem Einschmelzvergaser 7 rückgeführt wird. Ein Teilstrom dieser rückführenden staubförmigen Kohle wird über einen Wärmetauscher 17 geführt, in welchen aus einem Vorratsbehälter 18 Bindemittel zugesetzt wird. Nach Einstellen der erforderlichen Temperatur gelangt ein Gemisch aus Kohle und Bindemittel in eine Brikettierpresse 19 und in der Folge in einen Speicher bzw. Verteiler 20, dessen Mantel mit der Wärme aus dem Wärmetauscher 17 geheizt werden kann. Das auf Korngrößen von 12 bis 50 mm agglomerierte Material wird in der Folge über eine Leitung 21 dem Einschmelzvergaser 7 über die Kohlezuführungsöffnungen 10 von oben aufgegeben und gelangt auf Grund der Schwerkraft durch den Bereich 9 der Druckvergasung hindurch in den unteren Bereich des Einschmelzvergasers 7, in welchem eine Formkoksschicht 22 oberhalb des flüssigen Bades 23 aufgebaut wird. Diese Formkoksschicht 22 soll sich bis in die Ebene der Sauerstoffeindüsung oder knapp unterhalb dieser Ebene erstrecken, wobei die Sauerstoffdüsen mit 24 bezeichnet sind.
- Der durch den Heißzyklon 15 abgeschiedene und im Kreislauf geführte Kohlenstoffanteil entspricht in der Regel etwa einem Viertel bis einem Drittel der eingesetzten Kohlenmenge.
- Im Teilbereich 25 des Einschmelzvergasers 7 wird eine Kokswirbelschicht erzielt, wobei in diesem Teilbereich die Eisenschwammpellets aufschmelzen. Das geschmolzene Metall muß somit durch die darunter liegende Koksschicht hindurchtreten, um in das Bad 23 zu gelangen. Der Abstich aus dem Einschmelzvergaser ist mit 26 bezeichnet. Das dem Heißzyklon 15 zugeführte Reaktionsgas tritt über eine Leitung 27 nach dem Abscheiden der Feststoffe aus und dieses Reaktionsgas wird dem Reduktionsschacht 2 über den Reduktionsgasverteiler 3 rückgeführt. Ein Teil dieses überschüssigen Reduktionsgases wird einem Venturiwäscher 28 zugeführt, an welchen ein Kühlgaswäscher 29 angeschlossen ist. Der im Venturiwäscher anfallende kohlenstoffreiche Schlamm wird über eine Leitung 30 dem Vorratsbehälter 18 für das Bindemittel zugeführt, so daß auch dieser Kohlenanteil für den Prozeß rückgewonnen werden kann. Aus dem Kühlgaswäscher 29 wird Kühlgas über ein Gebläse 31 dem Vergasergas bzw. dem Vergaserkopf zugeführt. Das aus dem Reduktionsschacht über Öffnungen 32 austretende Gichtgas wird einem Gichtgaswäscher 33 zugeführt, wobei der in diesem Gichtgaswäscher 33 anfallende Eisenoxid enthaltende Staub über eine Leitung 34 dem Bindemittel zugesetzt wird. Das gereinigte Gichtgas wird über eine Leitung 35 abgezogen. Das überschüssige Reaktionsgas wird über eine Leitung 36 ausgebracht.
Claims (10)
1. Verfahren zum Schmelzen von zumindest teilweise reduziertem Eisenerz oder Eisenschwamm in einem Einschmelzvergaser, in welchem aus eingebrachter Kohle und eingeblasenem O2-haltigem Gas die zum Schmelzen des reduzierten Materials erforderliche Wärme und Reduktionsgase erzeugt werden, wobei die Reduktionsgase einer Festkörperabscheidung unterworfen werden und die im wesentlichen aus staubförmigem Kohlenstoff bestehenden Feststoffe zumindest teilweise im Kreislauf geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Reduktionsgas abgeschiedenen Feststoffe zumindest teilweise agglomeriert werden und daß der auf diese Weise erhaltene Formkoks im Bereich der Druckvergasung dem Einschmelzvergaser, aufgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Reduktionsgas abgeschiedenen Feststoffe auf eine Korngröße von >12 mm und <50 mm agglomeriert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkoks in den Einschmelzvergaser in einer Menge eingebracht wird, welche für den Aufbau einer Formkoksschicht zwischen schmelzflüssigem Metall und dem Bereich der Druckvergasung des Einschmelzvergasers ausreicht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen, abgeschiedenen Feststoffe mit kaltem Bindemittel versetzt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen abgeschiedenen Feststoffe in einem Wärmetauscher mit Bindemittel versetzt werden, wobei die rückgewonnene Wärme zur Vorwärmung bzw. Härtung des Formkokses vor der Rückführung in den Einschmelzvergaser verwendbar ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Hartpech, Bitumen und/oder bituminöse Braunkohle verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Bindemittel Eisenoxidstaub, insbesondere aus einer Gichtgasreinigungsanlage, den zu agglomerierenden Feststoffen zugesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktionsgase nach der Feststoffabscheidung einer Gaswäsche unterworfen werden und daß der bei der Gaswäsche anfallende kohlenstoffreiche Schlamm zusammen mit dem Bindemittel den zu agglomerierenden Feststoffen zugesetzt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Reduktionsgas abgeschiedenen Feststoffe zumindest teilweise brikettiert werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkoks im Bereich der Druckvergasung dem Einschmelzvergaser von oben aufgegeben wird.
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