DE3418085C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Eisen­ herstellung aus einer Eisen-Sauerstoff-Verbindung, vor­ zugsweise Erz, das in einem Erzreduktionsgefäß im wesentlichen mit dem Reaktionsgas aus einem Einschmelz­ gefäß reduziert und dann diesem Einschmelzgefäß zuge­ führt und unter Zugabe von kohlenstoffhaltenden Brenn­ stoffen und sauerstoffhaltigen Gasen, beispielsweise Sauerstoff oder Luft, aufgeschmolzen wird, die aus der Eisenschmelze austretenden Reaktionsgase im Einschmelz­ gefäß teilweise nachverbrannt werden, wobei die dabei entstehende Wärme weitgehend an die Schmelze übertragen wird, und die Reaktionsgase auf dem Weg zum Erzreduktions­ gefäß mit Reduktionsmitteln abgekühlt und reduziert werden.

Gemäß dem Verfahren nach der älteren DE-OS 33 18 005 ist bereits ein Verbundprozeß bekannt, bei dem in einem Einschmelzgefäß die Reaktionsphase teilweise nachver­ brannt werden, und einem Erzreduktionsgefäß, in dem die aus dem Einschmelzgefäß kommenden und auf ihrem Weg re­ duzierten und dabei auf optimale Reduktionsgastemperatur abgekühlten Gas, zur Erzreduktion genutzt werden. Es ist bei dem bekannten Verfahren auch die Verwendung einer preisgünstigen Gasflammkohle mit 27% flüchtigen Bestand­ teilen möglich. Als weitere Zielsetzung ist erwähnt, die entstehende Reaktionsgasmenge ungefähr in der Größen­ ordnung zu halten, wie sie die Erzreduktion im Rahmen des gesamten Verfahrens erfordert.

Mit diesem bekannten Verfahren werden im Erzreduktions­ gefäß, z. B. einem Schachtofen, Metallisierungsgrade von 70 bis 80%, vorzugsweise 75% erreicht. Im Sinne dieser älteren Erfindung liegt es auch, das Abgas aus dem Erz­ reduktionsgefäß in bekannter weise aufzubereiten und bei­ spielsweise nach der CO₂-Entfernung wieder dem Reduktions­ prozeß zuzuführen. Die angegebenen Kohleverbrauchszahlen nach dem Prozeß dieser deutschen Patentanmeldung P 33 18 005.9 betragen ca. 650 kg, um 1t Eisenschmelze zu erzeugen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dieses bekannte Verfahren wirtschaftlich zu optimieren, insbesondere die Verbrauchszahlen von Kohle für die Er­ zeugung der Eisenschmelze zu senken, und den Gesamt­ prozeß möglichst autotherm zu betreiben, d. h. die Gas­ mengen, die das Erzreduktionsgefäß verlassen, und deren Restheizwert gering zu halten.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil gelöst.

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 Metallisierungs­ grad von 75%, beispielsweise auf einen Bereich von 30% bis 70%, 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 bevorzugten Metallisierungsgrad von 50%, läßt sich mit dem Verfahren gemäß der Er­ findung im Einschmelzgefäß problemlos realisieren, sobald man mit hoher Nachverbrennung von 30 bis 40% der im Einschmelzgefäß erzeugten Reaktionsgase arbeitet. Erfindungsgemäß wird dazu die Sauerstoff­ aufblasrate 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 Ein­ schmelzgefäßes 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 bei­ spielsweise 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 Aufblas­ rate der oxidierenden Gas bis hin zum ausschließlichen Aufblasen, von beispielsweise vorgewärmter Luft, die be­ triebssichere Einstellung der relativ hohen Nachver­ brennung begünstigt. Wahrscheinlich kann diese über­ raschende Wirkung auf eine Verminderung der Badbewe­ gung zurückgeführt werden. Es liegt im Sinne der Erfindung, auch die anderen Reaktionspartner, z. B. die Kohle, teil­ weise durch Aufblasen der Eisenschmelze zuzuführen.

Ein bevorzugtes Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung von vorgeheizter Luft als Oxidations­ mittel. Die höhere physikalische Wärmemenge, aufgrund des relativ hohen Ballastgasvolumens in Form von Stickstoff, erlaubt die Zugabe von größeren Reduktionsmittelmengen zum Reationsgas aus dem Einschmelzgefäß, unter gleich­ zeitiger Beibehaltung einer günstigen Temperatur von 800 bis 1000°C für die Erzreduktion. Somit ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, einerseits erhöhte Nachverbrennungsgrade im Einschmelzgefäß zuzu­ lassen und andererseits ein optimales Reduktionsgas für das Erzreduktionsgefäß zur Verfügung zu stellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt, den Gesamt­ prozeß weitgehend autotherm zu gestalten, d. h. es fällt nur ein geringer Energieüberschuß an. Die Abgase aus dem Erz­ reduktionsgefäß 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 Nachverbrennungs­ grad entweichenden Reaktionsgase aus dem Einschmelzgefäß wird die restliche Kohlenmenge von ca. 150 kg staubförmig zugegeben. Dieser Kohleanteil für die Gasreduktion kann durch andere Reduktionsmittel, beispielsweise Erdgas, er­ setzt werden.

Erfindungsgemäß kühlen sich die Reaktionsgase bei dem Reduktionsvorgang von ca. 1600°C beim Verlassen des Ein­ schmelzgefäßes auf die für die Reduktion im Erzreduktions­ gefäß optimale Temperatur von 800 bis 1000°C ab.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines nichtein­ schränkenden Beispiels näher erläutert.

In einem konverterähnlichen Einschmelzgefäß befindet sich eine Eisenschmelze, in die durch Düsen, die unter­ halb der Badoberfläche angeordnet sind, 360 kg Kohle mit 34% flüchtigen Bestandteilen, 7% Asche und 1,5% Feuchtigkeit zur Erzeugung von 1 t Rohstahl eingeleitet werden. Gleichzeitig bläst man 1270 Nm³ Luft mit einer Vorheiztemperatur von 1200°C auf die Badoberfläche der Eisenschmelze. Weiterhin werden in das Einschmelzgefäß 1200 kg vorreduziertes Erz mit einer Temperatur von 800°C 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 1575°C und der Zusammensetzung von Co 19%, CO₂ 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% H₂O, 49,6% N₂ und eine Temperatur von ca. 1000°C auf. Das Gasvolumen hat sich durch die Reduktionskohlezugabe von 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 Ab­ gas wird naß gereinigt und weist dann eine Zusammen­ setzung 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 lediglich 100 Nm³, entsprechend einem Heizwert von ungefähr 0,9 Gcal.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist demgemäß gegenüber den bekannten Prozessen, auch im Vergleich zu dem Ver­ fahren gemäß der deutschen Patentanmeldung P 33 18 005.9 erhebliche wirtschaftliche Vorteile auf. Es liegt im Sinne der Erfindung, das beschriebene System, beispiels­ weise das Erzreduktionsgefäß, durch andere, bekannte Reduktionsverfahren, wie beispielsweise Wirbelbett, zirkulierende Wirbelschicht, zu ersetzen. Die Zufuhr der Reduktionsmittel zum Reaktionsgas aus dem Einschmelz­ reaktor kann ebenfalls variiert werden, z. B. können an­ stelle der direkten Reduktionsmitteleinspeisung in die Rohrleitung auch gesonderte Durchströmgefäße, beispiels­ weise mit verbesserter Durchmischung, zur Anwendung kommen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Eisenherstellung aus Eisenerz, das in einem Erzreduktionsgefäß teilweise reduziert und dann das vorreduzierte Erz mit einem Metallisierungsgrad von 30% bis 70% einem Einschmelzgefäß zugeführt und unter Zugabe von kohlenstoffenthaltenden Brennstoffen und sauerstoffhaltigen Gasen geschmolzen wird, die aus der Eisenschmelze austretenden Reaktionsgase im Einschmelz­ gefäß teilweise nachverbrannt werden, wobei die dabei entstehende Wärme weitgehend an die Schmelze übertragen wird, und die Reaktionsgase auf dem Weg zum Erzreduktions­ gefäß mit Reduktionsmitteln abgekühlt und reduziert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachverbrennung der Reaktionsgase im Einschmelzge­ fäß 30% bis 40% beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vorgewärmte Luft als Oxidationsmittel auf die Eisenschmelze geblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die sauerstoffhaltigen Gase im Einschmelzgefäß auf die Badoberfläche geblasen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle im Einschmelz­ gefäß teilweise von oben der Eisenschmelze zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vorreduziertes Erz mit einem Metallisierungsgrad von 50% im Einschmelzgefäß ein­ gesetzt wird.