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Verfahren und Anlage zur kontinuierlichen
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Erzeugung von Roheisen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen
Erzeugung von Roheisen gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
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Außerdem betrifft die Erfindung eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art sina aus der europäischen
Patentanmeldung 0 048 008 bekannt. Dort wird ein Einschmelzvergaser gezeigt, über
dem ein Direktreduktionsschachtofen angeordnet ist. Diesem Direktreduktionsschachtofen
wird stückiges Eisenerz zugeführt, das in Form einer losen Schüttung im Schachtofen
absinkt una mittels des Reduktionsgases aus dem Einschmelzvergaser zu Eisenschwamm
reduziert wird. Das etwa 1400 0C heiße Reduktionsgas wird durch Mischung mit gekühltem
und regeneriertem Gas auf eine Temperatur von 760 bis 850 OC abgekühlt und etwa
in der Mitte des Schachtofens über ringförmig angeordnete Düsen eingeblasen. Das
reduzierte Eisenerz, aer Eisenschwamm, wird über speziell zu diesem Zweck entwickelte
Austragsschnecken am Boden des Schachtofens ausgetragen und über Fallrohre dem Reduktionsvergaser
aufgegeben. Der Eisenschwamm fällt auf ein Kohlefließbett, das durch Einblasen von
Sauerstoff und Luft in die Kohleschicht gebildet wird.
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Die Kohle vergast und der Eisenschwamm schmilzt, sammelt sich auf
dem Grund des Einschmelzvergasers als flüssiges
Eisen und wird oort
mit der Schlacke abgezogen.
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Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß das Reduktionsgas bei
einer Reduktion in dem Schachtofen nicht mit der Temperatur verwertet werden kann,
mit der es erzeugt wird.
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Die Abkühlung von etwa 1400 OC auf 800 OC bedeutet einen nohen Energieverlust
und erfordert einen hohen vorrichtungsmäßigen Aufwand. Nachteilig hierbei ist auch
die hohe Schüttung des zu reduzierenden stückigen Erzes in dem Reduktionsschachtofen.
Sie erfordert eine längere Verweilzeit des Erzes über mehrere Stunden, damit der
für den nachfolgenden Schmelzprozess erforderliche hohe Reduktionsgrad erreicht
wird. Die Durchsatzleistung des Direktreduktionsschachtofens wird damit begrenzt.
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Ein weiterer Nachteil aer hohen Schüttung ist ole oesonoere Anforderung,
die an die eingesetzten Rohstoffe, die Pellets und die Stückerze, gestellt werden.
Für den Einsatz in einem Schachtofen müssen sie eine genügend hohe Festigkeit aufweisen.
Pellets können beispielsweise nur in gebrannter Form Verwendung finden. Das Brennen
ist aber sehr energieaufwendig. Nachteilig sind auch die besonders aufwendigen Austragsorgane
für den heißen Eisenschwamm, die als Schneckenförderer ausgebiloet sind. Ein weiterer
Nachteil ist die Verunreinigung des Reduktionsgases mit Schwefel aus oer Kohle aufgrund
der Gaserzeugung mit Hilfe des Kohlefliedbetts. Der Schwefel gerät hierbei in den
Eisenschwamm und muß nachträglich beim Schmelzprozeß aus dem Roheisen entfernt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem Verfahren sowie
mit einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens flüssiges Roheisen aus Erz-Formlingen
zu erzeugen, wobei gleichzeitig das für aie Reduktion erforoerliche Prozeßgas entsteht,
ohne daß damit die oDen angeführten Nachteile verbunden sind.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1 gelöst. Gemäß aer Erfinaung strömt aas heiße Prozeßgas direkt in die Reduktionskammer,
in der es die geringe Höhe aer Schüttung auf oem Wanoerrost ourchsirömt, so daß
keine starken Gebläseleistungen erforderlich sind, die den Gasstrom erst ourch die
Schüttung pressen müssen. Es erfolgt eine intensive Durchdringung der Schüttung
durch das Gas, so daß eine schnelle Reduktion auf den hohen Reduktionsgrad von etwa
90 X erfolgt. Bei vergleichbaren Reduktionsgraden ist der Aufenthalt des zu reduzierenden
Erzes auf dem Wanderrost erheblich kürzer als in einem Schachtofen, so daß hierdurch
eine wesentliche Erhöhung der Durchsatzleistung erzielt wird. Im Gegensatz zu dem
bekannten Verfahren braucht an die Formlinge auch kein besonderer Anspruch hinsichtlich
der Festigkeit gestellt zu werden, da sie nur den Transport auf dem Wanderrost überstehen
müssen.
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Auch sind gemäß der Erfindung keine aufwendigen Austragsorgane erforderlich,
da die Schüttung selbsttätig von dem Wanderrost in den Aufgabeschacht fällt. Die
Heißchargierung des Eisenschwammes in den Kohlevergasunysreaktor ist insbesondere
auch aeshalb sehr vorteilhaft, oa der wertvolle Wärmeenergieinhalt des heißen Eisenschwamms
zu aessen Einschmelzen optimal genutzt wird. Dadurch wird die Wärmebilanz des Kohlevergasungsreaktors
wesentlich verbessert und der Kohleverbrauch für den Einschmelzprozeß auf ein Minimum
beschränkt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß ein hochreines Prozeßgas,
frei von Schwefel, erzeugt wird, das aus etwa 65 bis 70 % CO und etwa 25 bis 30
% H2 besteht und daher nicht erst aufwendig entschwefelt oder anderweitig aufbereitet
und mit anderen Gasen gemischt werden muß. Die Kohle wird nämlich nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren von unten in das flüssige Eisen eingeblasen und der Schwefel der Kohle
in der basischen Schlacke gebunden.
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Dadurch treten auch keine weiteren umweltschädigenden Abgasprobleme
auf.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäMen Verfahrens
wird durch Vorwärmung und Trocknung die Porosität der Formlinge auf Werte zwischen
15 und 40 %, vorzugsweise auf 30 bis 35 %, eingestellt. Die hohe Porosität aer Formlinge
begünstigt ihre Reduktion erheblich, da sie ein gutes Eindringen des Prozeßgases
in die Formlinge ermöglicht.
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In weiterer, vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfanrens
werden die grünen Formlinge mit einer Korngröße zwischen 5 uno 15 mm, vorzugsweise
etwa 10 mm, abgeformt. Diese Abmessung gewährleistet eine schnelle und weitgehende
Reduktion und außerdem ein rasches Aufschmelzen in dem Eisenbad.
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Vorteilhaft wird der Basizitätsgrad der grünen Formlinge, das Verhältnis
von CaO zu Si02, durch Zugabe von einem Basenträger, vorzugsweise Kalkstein und/oder
Dolomit, auf Werte zwischen 1 und 2 eingestellt. Hierdurch wird die Stickingtemperatur
der Formlinge erhöht uno es ist möglich, die Formlinge in der Reduktionskammer mit
sehr heibem Prozeßgas mit Temperaturen von etwa 1300 OC zu beaufschlagen und dadurch
hohe Reduktionsgeschwindigkeiten zu erreichen.
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Vor der Aufgabe der Formlinge auf den Wanderrost wird vorteilhaft
ein Rostbelag aus Kalkstein oder Dolomit in einer Schichthöhe aufgegeben, die sich
aus dem einzustellenden Basizitåtsgrad der Schlacke in Abhängigkeit vom Schwefelgehalt
der Kohle errechnet. Der Basizilätsgraa aer Schlacke ist definiert als das Verhältnis
von CaO zu Sir2. Der Rostbelag, bestehend aus Kalkstein und/oder Dolomit bietet
die Möglichkeit, während der Reduktion ein Ankleben der Formlinge am Rost zu vermeiden.
Gleichzeitig wird der Kalkstein beziehungsweise Dolomit auf dem Wanderrost vorentsäuert.
Das wirkt sich günstig auf die Wärmebilanz des Kohlevergasungsreaktors aus.
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In vorteilhafter Weise wird die Schüttung aus Formlingen und Rostbelag
auf dem Rost auf eine Höhe von etwa 10 bis 50 cm, vorzugsweise von 20 bis 30 cm,
eingestellt. Dadurch ist oine optimale Durchgasung der Schüttung gewährleistet und
der Gasdruck kann entsprechend niedrig gehalten werden.
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Außerdem wird dadurch eine wesentlich kürzere Reduktionszeit gegenüber
der Reduktionszeit in Schachtöfen oder Drehrohröfen erreicht.
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In vorteilhafter Weise wird das Prozeßgas wenigstens dreimal im Querstrom,
entgegen der Förderrichtung der Formlinge, durch die Schüttung auf dem Wanderrost
geführt, wobei zur Reduktion der Formlinge die Schüttung von oben und zu ihrer Vorwärmung
und Trocknung von unten durchströmt wird. Durch diese Gasführung wird zum einen
die Wärmeenergie des Prozeßgases optimal genutzt una zum anderen vermieden, oaß
die Schüttung auf dem Rost aufgewirbelt wird. Das von unten durch die Schüttung
strömende Gas führt in vorteilhafter Weise die Feuchtigkeit mit sich, so daß sie
sich nicht auf dem Rost oder in dem Rostbelag niederschlagen kann.
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Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
durch die Merkmale des Anspruches 8 gekennzeichnet.
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Ein Kohlevergasungsreaktor mit Eisenbad ist über einen gasdicht verschließbaren
Aufgabeschacht mit einem Wanderrost verbunden, der wenigstens drei hintereinanderliegende
Behandlungskammern durchläuft, wobei die dem Aufgabeschacht am nächsten liegende
Behandlungskammer, die Reduktionskammer, über eine Rohrleitung mit dem Kohlevergasungsreaktor,
die mittlere Behandlungskammer, die Vorreduktionskammer, über eine Rohrleitung,
in Strömungsrichtung des Prozeßgases gesehen, mit der vorhergehenden Reduktionskammer
und über eine weitere Rohrleitung mit der nachfolgenden Behandlungskammer, der Vorwärm-
uno Trocknungskammer, in Verbindung
steht, und dem Wanderrost ist
eine Vorrichtung zur Herstellung der grünen Formlinge vorgeschaltet. Die Anlage
weist einen einfachen Aufbau auf. Der Wanderrost ist besonders geeignet zur Vorwärmung
una Trocknung sowie zur Reduktion von Formlingen aus Erz, da sich oie einzelnen
Verfahrensschritte darauf besonders gut beherrschen lassen. Das Prozeßgas wird vorteilhaft
unabhängig von dem zu reduzierenden und aufzuschmelzenden Gut geführt. Gut- und
Gasstrom sind nicht gegensinnig gerichtet, wie es beispielsweise in der bekannten
Anlage der Fall ist. Aus diesem Grund sind keine hohen Gebläseleistungen erforderlich.
Das während des Reduktionsvorgangs sich im Gas anreichernde Feingut sowie oer Staub
können zwischen den einzelnen Verfahrensschritten leicht entfernt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung oer erfindungsgemäßen Anlage
ist in der Gaszuleitung zu der Vorwärm- und Trocknungskammer eine Brennkammer mit
Luft- oder Sauerstoffzuführung angeordnet. In dieser Kammer findet eine Verbrennung
der brennbaren Bestandteile des Prozeßgases statt, welches die Reduktionskammer
durchlaufen hat. Damit entfällt eine aufwendige Reinigung der Abgase. Nach uurchtritt
des Gases durch die Schüttung auf dem Wanderrost enthält es nur noch Wasserdampf
und CO2. Gegebenenfalls wird in die Gasleitung zur der Vorwärm- und Trocknungskammer
hinter der Brennkammer ein Gaskühler angeordnet, um die Temperaturen des Gases vor
dem Eintritt in die Vorwärm- und Trocknungskammer auf das jeweils erforderliche
Niveau abzukühlen.
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Im folgenden wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiels die erfindungsgemäße Anlage und das erfindungsgemäße Verfahren
mit weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen näher erläutert.
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Wie die Zeichnung zeigt, wird in einer Vorrichtung 1 zur Herstellung
von grünen Formlingen 7 aus einer Reihe von Bunkern 2, 3, 4 Erz , Kalkstein und
andere Zuschläge sowie aus einer Entstaubungsanlage 5 Staub dosiert abgezogen und
in einer festgelegten Mischung einem Aggregat 6, z.B. Brixettpresse oder Pelletiervorrichtung
aufgegeben, in dem die Formlinge i abgeformt werden. Die erwünschte Porosität der
Formlinge wird vorteilhaft dadurch erreicht, aaß den Erzen bei der Herstellung der
Formlinge brennbare und/ooer vergasende Stoffe Deigemischt werden. Der Graa der
Porosität kann durch die zugegebene Menge gesteuert werden. Vorteilhaft kann die
Porosität auch dadurch erreicht werden, daß bei der Herstellung der Formlinge grobkörnige
Erze verwendet werden. Die Verwendung grobkörniger Erze spart außerdem Energie ein,
die sonst zur Aufmahlung der Erze aufgewendet werden müßte.
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Diese Formlinge 7 werden kontinuierlich auf einen Wanderrost 8 oder
ein anderes, für die Durchführung einer Reduktion geeignetes Förderaggregat, aufgegeben.
Zunächst wird dem Wanderrost Kalkstein oder Dolomit zugeführt und dadurch darauf
ein Beleg 9 gebildet. Danach wird kontinuierlich eine Schicht der Formlinge 7 mit
dem Wanderrost 8 in die Vorwärm-und Trocknungskammer 10 gebracht. Dort strömen von
unten im Querstrom heiße Prozeßgase aus der Brennkammer 11 ein, deren Aufbau und
Funktion später erläutert wira. Gegebenenfalls werden die aus der Brennkammer 11
austretenoen heißen Prozeßgase mit Hilfe eines zwischengeschalteten Gaskühlers auf
eine für die Vorwärmung und Trocknung der Formlinge erforderliche Temperatur abgekühlt.
Die Gase wärmen und trocknen die feuchten Formlinge 7 und verlassen die Reduktionskammer
10 unter Mit führung von Wasserdampf durch den Kamin 12. Die noch etwa 200 dc bis
300 OC heißen, mit Wasserdampf beladenen Abgase können eventuell zur Inertisierung,
beispielsweise von Kohlenmahlanlagen, verwendet werden.
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Von der Behandlungskammer 10 gelangen die Formlinge 7 in die Vorreduktionskammer
13. Dort durchströmt aas noch etwa 1000 OC heiße Reduktionsgas die Schüttung auf
aem Wanderrost 8 von oben nach unten, wodurch die Formlinge 7 vorreduziert werden.
Hierbei wird ein Reduktionsgrao oer Formlinge von etwa 50 bis 70 % erreicht.
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In der darauffolgenden Reduktionskammer 14 erfolgt die Reduktion der
Formlinge 7 durch das frische, etwa 1300 0C heiße Reduktionsgas auf einen Reduktionsgrad
von etwa 90 S.
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Die Geschwindigkeit des Wanderrostes 8 ist in weiten Grenzen regulierbar
und richtet sich nach der jeweiligen Gaszusammensetzung, Gastemperatur und der davon
abhängigen Verweilzeit der Formlinge 7 in der Vorreauktionskammer 13 una der Reduktionskammer
14. Die Geschwindigkeit wira in der Regel auf Werte zwischen 0,5 und 3 m/min eingestellt.
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Im Gegensatz zu vielen anderen Verfahren werden die reduzierten Formlinge
nicht abgekühlt, sondern fallen direkt in einen Aufgabeschacht 15 über eine gasdichte
Schleuse, in diesem Fall zwei übereinanderliegende Glockenverschlüsse 16, in den
Kohlevergasungsreaktor 17. Diese Schleuse wirkt unter anderem auch als Regulierorgan
für die jeweils pro Zeiteinheit aufzugebende Menge. Eventuelle Verbackungen ooer
Versinterungen der Formlinge können in einer Zerkleinerungsvorrichtung 18, beispielsweise
zwei gegenläufige Stachelwalzen, leicht zerkleinert werden.
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In dem Kohlevergasungsreaktor 17 fallen die zu Eisenschwamm reduzierten
Formlinge in ein Eisenbad 19 und schmelzen auf.
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Die sich bildende Schlacke 20 schwimmt auf und fließt, wie das flüssige
Roheisen 19, kontinuierlich ab. Durch zodenaüsen wird Kohle 21 uno Sauerstoff 22
eingeblasen. Die Kohle reagiert mit dem Sauerstoff una wird vergast. Es entsteht
ein
schwefel freies, hochreines Prozeßgas mit einem Gehalt von etwa 65 bis 70 % CO und
25 bis 30 % H2, das auch als Synthesegas Verwendung finden kann. Aufgrund oer Möglichkeit
den Scnwefelgehall der Kohle vollständig in aer Schlacke zu binden, läßt sich auch
vorteilhaft minderwertige, hochschwefelhaltige Kohle für dieses Verfahren einsetzen.
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Das etwa 1400 ° C heiße Prozeßgas strömt durch den im Kohlevergasungsreaktor
17 herrschenden Uberdruck mit einem Druck von etwa 2 bar aus einem Auslaß 23 in
der Decke des Reaktors in einen Heißgaszyklon 24, in dem es vom mitgerissenen Staub
befreit wird. Das für die Reduktion vorgesehene Gas strömt durch die Leitung 26
in die Reduktionskammer 14.
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0Derschüssiges Gas hoher Reinheit kann über ein Verteilerventil 25
für andere Zwecke, beispielsweise als Synthesegas, über die Leitung 27 abgeführt
werden.
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An die Reduktionskammern 13, 14 sind über Gasleitungen 30 und 31 Heißgaszyklone
28 und 29 angeschlossen, in denen der von den Gasen aus der Schüttung auf dem Rost
mitgerissene Stauo abgeschieden wira. Der in aen Heidiaszyklonen 28, 29 abgeschiedene
Staub wird über die Leitung 32 in die Vorrichtung 1 zur Herstellung der grünen Formlinge
7 in den Bunker 5 zurückgeführt. Dabei wird über ein Gebläse 33 in der Gasleitung
30 und ein Gebläse 34 in der Leitung 31 die Geschwindigkeit des Gasstroms geregelt.
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Da für die Vorwärmung und Trocknung keine so große Gasmenge benötigt
wird wie für die Reduktion, ist in der Leitung 31 vor dem Gebläse 34 ein Verteilerventil
35 angeordnet, mit dem die Abgabe des sogenannten Uberschußgases durch die Leitung
36 geregelt wird. Es kann zur Sauerstofferzeugung oder als Brenngas zur Stromerzeugung
genutzt werden.
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Vor der Behandlungskammer 10 liegt eine Brennkammer 11 in der Leitung
31, in die Luft oder Sauerstoff über eine Düse 37 eingeführt wird und sämtliche
noch brennbaren Bestandteile im Gas verbrannt und das Gas, wenn erforderlich, noch
zusätzlich mit Hilfe eines in die Leitung 31 zwischengeschalteten Gaskühlers gekühlt,
um Überhitzungen und Verformungen des Rostes 8 zu vermeiden. Die Gaserzeugung im
Kohlevergasungsreaktor 17 mit einer basischen Schlacke und die nachfolgende Verbrennung
in der Brennkammer 11 und Kühlung des Gases zu einem niedrigeren Temperaturniveau
verhindern, daß Schwefeldioxid und Stickstoffoxidemissionen aus dem Prozeß in die
Umwelt gelangen.
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Von dem Verteilerventil 25 kann eine weitere Leitung 38 abgezweigt
werden, in der ein Gaskühler 39 liegt. Uber die Leitung 38 kann eine Teilmenge des
Prozeßgases abgezweigt, gekühlt und beim eventuellen Auftreten von Temperaturen
des Prozeßgases oberhalb 1300 0C an der Stelle 40 aufgegeben werden, um eine Uberhitzung
des Eisenschwamms in der Reduktionskammer 14 auszuschließen.
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