DE3418085A1

DE3418085A1 - Verfahren zur eisenherstellung

Info

Publication number: DE3418085A1
Application number: DE19843418085
Authority: DE
Inventors: Ludwig von Prof. Dr.-Ing. 4200 Oberhausen Bogdandy; Karl Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing.e.h. 8458 Sulzbach Brotzmann
Original assignee: Kloeckner Cra Technologie 4100 Duisburg GmbH; Kloeckner CRA Technologie GmbH
Current assignee: Kloeckner CRA Patent GmbH
Priority date: 1984-05-16
Filing date: 1984-05-16
Publication date: 1985-11-28
Also published as: DE3418085C2

Description

VERFAHREN ZUR EISENHERSTELLUNG Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Eisenherstellung aus einer Eisen-Sauerstoff-Verbindung, vorzugsweise Erz, das in einem Erzreduktionsgefäß im wesentlichen mit dem Reaktionsgas aus einem Einschmelzgefäß reduziert und dann diesem Einschmelzgefäß zugeführt und unter Zugabe von kohlenstoffenthaltenden Brennstoffen und sauerstoffhaltigen Gasen, beispielsweise Sauerstoff oder Luft, aufgeschmolzen wird, die aus der Eisenschmelze austretenden Reaktionsgase im Einschmelzgefäß teilweise nachverbrannt werden, wobei die dabei entstehende Wärme weitgehend an die Schmelze übertragen wird, und die Reaktionsgase auf dem Weg zum Erzreduktionsgefäß mit Reduktionsmitteln abgekühlt und reduziert werden.
Gemäß dem Verfahren nach einer älteren, bislang nicht veröffentlichten Patentanmeldung, ist bereits ein Verbundprozeß bekannt, bei dem in einem Einschmelzgefäß die Reaktionsgase teilweise nachverbrannt werden, und einem Erzreduktionsgefäß, in dem die aus dem Einschmelzgefäß kommenden und auf ihrem Weg reduzierten und dabei auf optimale Reduktionsgastemperatur abgekühlten Gase, zur Erzreduktion genutzt werden. Es ist bei dem bekannten Verfahren auch die Verwendung einer preisgünstigen Gasflammkohle mit 27 57O flüchtigen Bestandteilen möglich. Als weitere Zielsetzung ist erwähnt, die entstehende Reaktionsgasmenge ungefähr in der Größenordnung zu halten, wie sie die Erzreduktion im Rahmen des gesamten Verfahrens erfordert.
Mit diesem bekannten Verfahren werden im Erzreduktionsgefäß, z.B.
einem Schachtofen, Metallisierungsgrade von 70 bis 80 %, vorzugsweise 75 %, erreicht. Im Sinne dieser älteren Erfindung liegt es auch, das Abgas aus dem Erzreduktionsgefäß in bekannter Weise aufzubereiten und beipielsweise nach der CO-Entfernung wieder dem Reduktionsprozeß zuzuführen. Die angegebenen Kohleverbrauchszahlen nach dem Prozeß dieser deutschen Patentanmeldung P 33 18 005.9 betragen ca. 650 kg, um 1 t Eisenschmelze zu erzeugen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dieses bekannte Verfahren wirtschaftlich zu optimieren, insbesondere die Verbrauchszahlen von Kohle für die Erzeugung der Eisenschmelze zu senken, und den Gesamtprozeß möglichst autotherm zu betreiben, d.h. die Gasmengen, die das Erzreduktionsgefäß verlassen, und deren Restheizwert gering zu halten.
Die erfindungsgemäße Aufgabe konnte dadurch geiöst werden, daß vorreduziertes Erz mit einem Metallisierungsgrad von 30 % bis 70 %, vorzugsweise ca. 50 %, aus dem Erzreduktionsgefäß im Einschmelzgefäß eingesetzt und gleichzeitig die Nachverbrennung der Reaktionsgase im Einschmelzgefäß auf 30 bis 40 % gesteigert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Gasausnutzung im Erzreduktionsgefäß überraschenderweise in der Praxis bis in die Größenordnung von 50 % gesteigert werden, wenn die Metallisierung des vorreduzierten Erzes unter den bereits als niedrig geltenden, bekannten Metallisierungsgrad von ca. 75 % abgesenkt wird.
Beispielsweise läßt sich eine Gasausnutzung im Ofenschacht von 45 % bei einem Metallisierungsgrad von 53 % nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichen.
Der Einsatz des vorreduzierten Materials, z.B. vorreduziertes, hochwertiges Erz mit einem Metallisierungsgrad von 30 bis 70 %, vorzugsweise ca. 50 %, läßt sich mit dem Verfahren gemäß der Erfindung im Einschmelzgefäß problemlos realisieren, sobald man mit hoher Nachverbrennung von 30 bis 40 % der im Einschmelzgefäß erzeugten Reaktionsgase arbeitet. Erfindungsgemäß wird dazu die Sauerstoffaufblasrate erheblich gesteigert und kann maximal 100 % betragen. Die sauerstoffhaltigen Aufblasgase können dabei aus einer Lanze und/oder aus Düsen, die im feuerfesten Material im oberen Bereich des Einschmelzgefäßes eingebaut sind, so auf das Bad geblasen werden, daß sich die Gasstrahlen im Gasraum des Einschmelzgefäßes über eine genügend lange Laufstrecke als Freistrahlen ausbilden. Die Freistrahlen saugen dabei ein Mehrfaches des eingeblasenen Gasvolumens an. Die eingesetzten sauerstoffhaltigen Gase können beispielsweise reiner Sauerstoff, Luft oder beliebige Mischungen von Luft und Sauerstoff sein.
Überraschenderweise hat es sich bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit hoher Nachverbrennung von 30 bis 40 % gezeigt, daß eine Steigerung der Aufblasrate der oxidierenden Gase bis hin zum ausschließlichen Aufblasen, von beispielsweise vorgewärmter Luft, die betriebssichere Einstellung der relativ hohen Nachverbrennung begünstigt. Wahrscheinlich kann diese überraschende Wirkung auf eine Verminderung der Badbewegung zurückgeführt werden. Es liegt im Sinne der Erfindung, auch die anderen Reaktionspartner, z.B. die Kohle, teilweise durch Aufblasen der Eisenschmelze zuzuführen.
Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung von vorgeheizter Luft als Oxidationsmittel. Die höhere physikalische Wärmemenge, aufgrund des relativ hohen Ballastgasvolumens in Form von Stickstoff, erlaubt die Zugabe von größeren Reduktionsmittelmengen zum Reaktionsgas aus dem Einschmelzgefäß, unter gleichzeitiger Beibehaltung einer günstigen Temperatur von 800 bis 10000C für die Erzreduktion. Somit ist es mit dem erfindunsgemäßen Verfahren möglich, einerseits erhöhte Nachverbrennungsgrade im Einschmelzgefäß zuzulassen und andererseits ein optimales Reduktionsgas für das Erzreduktionsgefäß zur Verfügung zu stellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt, den Gesamtprozeß weitgehend autotherm zu gestalten, d.h. es fällt nur ein geringer Energieüberschuß an. Die Abgase aus dem Erzreduktionsgefäß weisen lediglich einen Restheizwert von 600 bis 1000 kcal/Nm3 auf.
Beispielsweise konnte die Abgasmenge aus dem Erzreduktionsgefäß auf ca. 1900 Nm3 mit einem Restheizwert von ca. 750 kcal/Nm3 gesenkt werden.
Gemäß der Erfindung werden zur Erzeugung von 1 t Rohstahl aus Erz lediglich 500 bis 600 kg einer preisgünstigen Kohle mit hohem Anteil an flüchtigen Bestandteilen benötigt. Davon bläst man ca.
350 kg dieser Kohle in das Einschmelzgefäß ein, und zur Reduzierung der mit hohem Nachverbrennungsgrad entweichenden Reaktionsgase aus dem Einschmelzgefäß wird die restliche Kohlemenge von ca. 150 kg staubförmig zugegeben. Dieser Kohleanteil für die Gasreduktion kann durch andere Reduktionsmittel, beispieisweise Erdgas, ersetzt werden.
Erfindungsgemäß kühlen sich die Reaktionsgase bei dem Reduktionsvorgang von ca. 16000C beim Verlassen des Einschmelzgefäßes auf die für die Reduktion im Erzreduktionsgefäß optimale Temperatur von 800 bis 10000C ab.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines nichteinschränkenden Beispiels näher erläutert.
In einem konverterähnlichen Einschmelzgefäß befindet sich eine Eisenschmelze, in die durch Düsen, die unterhalb der Badoberfläche angeordnet sind, 360 kg Kohle mit 34 % flüchtigen Bestandteilen, 7 % Asche und 1.5 % Feuchtigkeit zur Erzeugung von 1 Rohstahl eingeleitet werden. Gleichzeitig bläst man 1270 Nm3 Luft mit einer Vorheiztemperatur von 12000C auf die Badoberfläche der Eisenschmelze. Weiterhin werden in das Einschmelzgefäß 1200 kg vorreduziertes Erz mit einer Temperatur von 8000C und einem Metallisierungsgrad von 59 % eingeleitet. Die Mengenangaben beziehen sich in diesem Fall und im weiteren jeweils auf die Erzeugung von 1 t Rohstahl.
Aus dem Einschmelzgefäß entweichen 1710 Nm3 Gas mit einer Temperatur von 15750C und der Zusammensetzung von CO 19 %, C02 8 %, H2 5 %, H2O 8.5 %, N2 59.5 %. Dieses Gas wird auf seinem Weg zum Erzreduktionsgefäß in einem Schachtofen mit 146 kg Kohle reduziert und weist dann eine Zusammensetzung von 31 % CO, 1.6 % CO2, 14 % H2, 1.7 % H20, 49.6 % N2 und eine Temperatur von ca.
1000"C auf. Das Gasvolumen hat sich durch die Reduktionskohlezugabe auf ca. 2060 Nm3 erhöht.
Anstelle der 146 kg Kohle, zur Reduktion der aus dem Einschmelzgefäß kommenden Reaktionsgase, können auch 120 Nm3 Erdgas für die Gasreduktion eingesetzt werden.
Die Gasausnutzung im Schachtofen für die Erzreduktion beträgt etwa 45 %. Das den Schachtofen verlassende Abgas wird naß gereinigt und weist dann eine Zusammensetzung von ca. 18 % CO, 17 % CO2, 10 % H2, 2 % H2O, 53 % N2 auf. Der Heizwert beträgt ca. 790 kcal/Nm3. Von diesem Gas werden ca. 750 Nm3 zur Luftvorwärmung verwendet.
Der Gesamtgasüberschuß beträgt ledigi ich ca. 1100 Nm3, entsprechend einem Heizwert von ungefähr 0.9 Gcal.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist demgemäß gegenüber den bekannten Prozessen, auch im Vergleich zu dem Verfahren gemäß der deutschen Patentanmeldung P 33 18 005.9, erhebliche wirtschaftliche Vorteile auf. Es liegt im Sinne der Erfindung, das beschriebene System, beispielsweise das Erzreduktionsgefäß, durch andere, bekannte Reduktionsverfahren, wie beispielsweise Wirbelbett, zirkulierende Wirbelschicht, zu ersetzen. Die Zufuhr der Reduktionsmittel zum Reaktionsgas aus dem Einschmelzreaktor kann ebenfalls variiert werden, z.B. können anstelle der direkten Reduktionsmitteleinspeisung in die Rohrleitung auch gesonderte Durchströmgefäße, beispielsweise mit verbesserter Durchmischung, zur Anwendung kommen.

Claims

Patentansprüche 1) Verfahren zur Eisenherstellung aus einer Eisen-Sauerstoff-Verbindung, vorzugsweise Erz, das in einem Erzreduktionsgefäß im wesentlichen mit dem Reaktionsgas aus einem Einschmelzgefäß reduziert und dann diesem Einschmelzgefäß zugeführt und unter Zugabe von kohlenstoffenthal tenden Brennstoffen und sauerstoffhaltigen Gasen, beispielsweise Sauerstoff oder Luft, aufgeschmolzen wird, die aus der Eisenschmelze austretenden Reaktionsgase im Einschmeizgefäß teilweise nachverbrannt werden, wobei die dabei entstehende Wärme weitgehend an die Schmelze übertragen wird, und die Reaktionsgase auf dem Weg zum Erzreduktionsgefäß mit Reduktionsmitteln abgekühlt und reduziert werden, dadurch gekennzeichnet, daß vorreduz iertes Erz mit einem Metallisierungsgrad von 30 % bis 70 %, vorzugsweise ca. 50 %, aus dem Erzreduktionsgefäß im Einschmelzgefäß eingesetzt und gleichzeitig die Nachverbrennung der Reaktionsgase im Einschmelzgefäß auf 30 % bis 40 % gesteigert wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorgewärmte Luft als Oxidationsmittel auf die Eisenschmelze geblasen wird.
3) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die oxidierenden Gase im Einschmelzgefäß auf die Badoberfläche geblasen werden.
4) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle im Einschmelzgefäß teilweise von oben der Eisenschmelze zugeführt wird.-