DE3437913A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines eisenschwamms bzw. roheisens - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines eisenschwamms bzw. roheisensInfo
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Description
Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig
Patentanwälte Kjrfurstendamir 170. D-1000 Berlin 15
84/0105
KORF ENGINEERING GMBH Neusser Straße 111, 4000 Düsseldorf 1
Patentanwälte
European Patent Attorneys Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt
Dr. phil. G. Henkel, München Dtpi.-ing. J. Pfenning, Berlin
Dr. rer. nat. L Feiler, München DipHng. W Hänzel, München
Dipl.-Phys. K. H- Meinig, Berlin Dr.-Ing. A. Butenschon, Berlin
Kurfürstendamm 170 D-1000 Berlin 15
Tel.: 030/8812008-09 Telex. 186 237 hnkld
Telegramme: Seilwehrpatent
12. Oktober 1984 Me/beschu
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Eisenschwamins
bzw. Roheisens
. Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Eisenschwamms bzw. Roheisens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Eisenschwamms bzw. Roheisens
aus Eisenerz, das in einem Reduktionsschachtofen mittels eines heißen Reduktionsgases zu
Eisenschwamm reduziert wird, das in den Schachtofen in Höhe der Bustle-Ebene mit einer Temperatur
im Bereich zwischen 750 und 900° C sowie unterhalb der Bustle-Ebene eingeleitet wird, sowie
eine Vorrichtung ^zur Durchführung dieses Verfahrens,
Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-PS 30 34 539
bekannt. Hierbei wird in einem Einschmelzvergaser unterhalb des Reduktionsschachtofens heißes
Reduktionsgas erzeugt, das jeweils nach Abkühlung über einen mittleren Gaseinlaß und über
die mit dem Einschmelzvergaser verbundenen Austrittsöffnungen
des Schachtofens in diesen
eingeführt wird. Die Einführung über die Austrittsöffnungen ist eine zwangsläufige Folge
der direkten Verbindung des unteren Teils des Reduktionsschachtofens mit dem Einschmelzvergaser
über Fallrohre zur überführung des ' Eisenschwamms in den Einschmelzvergaser ohne
die Verwendung von Schleusen oder Absperrorganen.
• " Man ist daher bestrebt, den Anteil der Menge
"■'.. ' des über die Austrittsöffnungen zugeführten
Reduktionsgases im Verhältnis zum Anteil der Menge des über den mittleren Einlaß zugeführten
Reduktionsgases durch entsprechende Einstellung der jeweiligen Strömungswiderstände möglichst
klein zu machen. Beide Gasströme werden in dem Maße abgekühlt, daß sie bei Eintritt in den
Reduktionsschachtofen eine Temperatur im
Bereich von 760° C bis 850° C besitzen. Bei dem bekannten Verfahren und der hierfür verwendeten
Vorrichtung werden keine besonderen Maßnahmen getroffen, um den Kohlenstoffgehalt
des erzeugten Eisenschwamms bzw. Roheisens zu erhöhen. Für die verfahrensführungsschmelzmetallurgischer
Prozesse ist man jedoch häufig an einem Roheisen mit hohem Kohlenstoffgehalt interessiert. Hierfür ist Voraussetzung, daß
bereits das vorreduzierte Eisenerz, das heißt der Eisenschwamm-», eine entsprechende Kohlenstoffanreicherung
aufweist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art anzugeben, bei dem bzw. der ein kohlenstoffreicher Eisenschwamm erhalten wird.
35
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß zur Erhöhung des
des Kohlenstoff gehalts des Eisenschwamms bzw. Roheisens die Temperatur des unterhalb der
Bustle-Ebene eingeleiteten Reduktionsgases auf einen Wert unterhalb der Temperatur des
in Höhe der Bustle-Ebene eingeleiteten Re-' 5 , duktionsgases eingestellt wird. Hierbei wird
die Temperatur des unterhalb des Bustle-Ebene eingeleiteten Reduktionsgases vorzugsweise
auf einen Wert innerhalb des Bereiches von ca. 650 bis 750° C eingestellt. Gemäß einer
IG vorteilhaften Weiterbildung dieses Verfahrens
wird die Verweilzeit des reduzierten Eisenerzes im Bereich zwischen der Bustle-Ebene und der
Ebene der unterhalb der Bustle-Ebene liegenden Einlasse für das Reduktionsgas möglichst groß
- ' gewählt. Weiterhin wird vorzugsweise das Verhältnis
der Menge des unterhalb der Bustle-Ebene zugeführten Reduktionsgases zur Menge des in Höhe der Bustle-Ebene zugeführten Reduktionsgases
möglichst groß gewählt.
Bei der Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß der Schachtofen im Bereich zwischen der Bustle-Ebene und den
Einlaßöffnungen für das Reduktionsgas unterhalb der Bustle-Ebene·· einen größeren Querschnitt
besitzt als oberhalb der Bustle-Ebene. Vorzugsweise besitzt hierzu der Leitungsweg für das
unterhalb der Bustle-Ebene zugeführte Reduktions-
.30 gas einen möglichst geringen Widerstand und ist der Abstand zwischen der Bustle-Ebene und
der Ebene der unterhalb der Bustle-Ebene liegenden Reduktionsgas-Einlässe möglichst gering.
yar
Die Kohlenstoffanlagerung an die innere Oberfläche des Eisenschwaxnms läuft über die
Reaktionen
2 CO C + CO2 (Boudouard) und
2 CO + Fe ... Fe C + CO2 (Zementitbildung)
ab. Die Anlagerung von kohlenstoffhaltigem Staub an die äußere Oberfläche des Eisenschwamms
bringt dagegen keine Vorteile, da dieser Staub beispielsweise im nachgeschalteten Einschmelzvergaser
wieder abgerieben wird. Die Zementitbildung ist bei höheren Temperaturen begünstigt,
doch läuft diese nur in begrenztem Maße ab. Der CO-Zerfall über die Boudouard-Reaktion ist
dagegen bei niedrigen Temperaturen begünstigt.
Die Reduktion des Eisenerzes wird bei Temperaturen von ca. 850° C durchgeführt. Bei diesen Temperaturen
kann sich nur wenig Kohlenstoff aus dem Reduktionsgas abscheiden, insbesondere dann,
wenn dessen C02-Gehalt über 3 % liegt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren findet1daher eine
zweistufige Prozeßführung statt, bei der zunächst die Reduktion des Eisenerzes bei einer Temperatur
von ca. 850° C durchgeführt wird und anschließend der erzeugte Eisenschwamm bei einer niedrigeren
Temperatur, das heißt vorzugsweise im Bereich von 650° C bis 750° C aufgekohlt wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen: " "
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Erzeugung von Roheisen aus Eisenerz mit
einem Einschmelzvergaser und 35
Zf
Fig. 2 eine Vorrichtung zur Erzeugung
von Eisenschwamm aus Eisenerz mit einem Kohlevergaser.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung dient zur direkten Erzeugung von flüssigem
Roheisen aus stückigem Eisenerz mit einem Reduktionsschachtofen 1 und einem Einschmelzvergaser
2. Das Eisenerz wird über einen Einlaß in den oberen Teil des Schachtofens 1 eingeführt,
während das im Schachtofen erzeugte Gichtgas durch einen Auslaß 4 im oberen Teil des Ofens
herausgeführt wird. Die Reduktion des zugeführten Eisenerzes erfolgt im wesentlichen oberhalb der
Bustle-Ebene 5, in deren Höhe Reduktionsgas mit bekannter Zusammensetzung und mit einer
Temperatur von vorzugsweise 850° C über ring- · förmig am.Umfang des Reduktionsschachtofens
1 angeordnete Einlasse 6 eingeleitet wird.
Der Reduktionsschachtofen 1 und der darunter
angeordnete Einschmelzvergaser 2 sind durch Fallrohre 7 miteinander verbunden. Diese Fall- "
rohre 7 münden einerseits in öffnungen im Boden des Reduktionsschachtofens 1 und andererseits
in öffnungen im oberen Teil des Einschmelzvergasers 2. Sie dienen zur Oberführung des durch
Reduktion des Eisenerzes erzeugten Eisenschwämms vom Schachtofen 1 in den Einschmelzvergaser
sowie zur Beförderung des im Einschmelzvergaser „ 2 erzeugten Reduktionsgases in den unteren Bereich
des Schachtofens 1. Hierbei wird das im Einschmelzvergaser 2 eine Temperatur von etwa 1000° C
aufweisende Reduktionsgas so weit abgekühlt, daß os bei Eintritt in den Reduktionsschachtofen
1 nur noch eine Temperatur von etwa 700° C aufweist,
Die Abkühlung erfolgt durch Zumischung von Kühlgas in entsprechender Menge, das aus
einer Sammelleitung 8 über eine Leitung 9 in die Fallrohre 7 eingeleitet wird.
Aus dem Einschmelzvergaser 2 wird weiterhin über eine Leitung 10 Reduktionsgas herausgeführt,
dem über eine Leitung 11 Kühlgas zugemischt wird, derart, daß das Gas eine
Temperatur von etwa 850° C besitzt. Dieses wird in einem Zyklon 12 von Staubteilchen
befreit und dann in der Bustle-Ebene 5 in den Reduktionsschachtofen 1 eingeleitet.
Der im Zyklon 12 anfallende Staub wird über - eine Leitung 13 in den Einschmelzvergaser 2
zurückgeführt.
Durch die unterschiedlichen Temperaturen des in verschiedenen Ebenen des Schachtofens 1
eingeleiteten Reduktionsgases findet oberhalb
der Bustle-Ebene 5 im wesentlichen eine Reduktion und unterhalb dieser Ebene im wesentlichen
eine Aufkohlung des Eisenschwamms statt. Da die Kohlenstoffabscheidung jedoch nicht
nur von der Reaktionstemperatur, sondern auch von der Menge des durch die Fallrohre 7 in
den Reduktionsschachtofen 1 einströmenden Reduktionsgases sowie von der Verweildauer
des Eisenschwamms in diesem Gasstrom abhängt, kann die Kohlenstoffabscheidung zusätzlich
durch eine entsprechende Dimensionierung des unterhalb der Bustle-Ebene gelegenen Teils
des ReduktionsSchachtofens 1 beeinflußt werden.
Eine weitere Möglichkeit der Steuerung der Aufkohlung im unteren Bereich des Schachtofens
l besteht in einer entsprechenden Einstellung
IL
±31
der Strömungswiderstände für die beiden Teilströme des Reduktionsgases. Um den Gasfluß durch die
Fallrohre 7 möglichst groß zu machen, können der Druckverlust im Zyklon 12 und das Verhältnis
aus der Querschnittsfläche des Schacht-5 ofens 1 unterhalb der Bustle-Ebene 5 zu dem
Abstand zwischen der Bustle-Ebene und den Einlaßöffnungen der Fallrohre 7 im Schachtofen
erhöht werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß eine Regelung der Teilstrommengen mittels
Regelklappen bei den heißen staubhaltigen Gasen nicht möglich ist. Das Verhältnis der Menge
des durch die Fallrohre 7 zugeführten Äeäuktionsgases zur Menge des in der Bustle-Ebene 5 zugeführten
Reduktionsgases liegt zwischen 0,1 und 0,5, vorzugsweise bei 0,3. Der Durchgangswiderstand
für das in der Bustle-Ebene 5 zuzuführende Reduktionsgas ist so bemessen, daß er einem
Druckabfall zwischen 10 und 100 mbar entspricht.
Die Verweilzeit des reduzierten Eisens im Bereich zwischen der Bustle-Ebene 5 und den Einlaßöffnungen
der Fallrohre 7 im Boden des Reduktionsschachtofens beträgt zwischen 1 bis 4 Stunden,
vorzugsweise etwa 3 Stunden. Die große Verweilzeit des Eisenschwamms im aus den Fallrohren 7
aufsteigenden Reduktionsgasstrom wird erreicht durch ein möglichst großes Volumen des Reduktionsschachtofens 1 zwischen der Bustle-Ebene 5 und
der Ebene, in der die Fallrohre 7 in den Schachtofen münden. Hierbei ist zu beachten, daß, wenn
man den Abstand zwischen den beiden genannten Ebenen vergrößert, zwar das Volumen des Schachtofens
in diesem Bereich entsprechend vergrößert, jedoch der Strömungswiderstand für das aufsteigende
Reduktionsgas erhöht und damit die Gasmenge
L4-
entsprechend verringert wird. Dieses Problem kann in der Weise gelöst werden, daß man
den Schachtquerschnitt unterhalb der Bustle-Ebene 5 vergrößert, wodurch bei gleichbleibendem
Strömungswiderstand das Volumen dieses Bereiches des Schachtofens 1 vergrößert wird.
Es ist daher ein möglichst großes Volumen dieses Schachtofenabschnittes bei gleichzeitig
möglichst geringem Abstand zwischen der Bustle-Ebene und den unteren Einlassen für das Reduktionsgas
anzustreben. Das Verhältnis des · Abstandes zwischen der Bustle-Ebene 5 und den
Einlaßöffnungen der Fallrohre 7 im Boden des ReduktionsSchachtofens zum Durchmesser des
Schachtofens in diesem Bereich (H/F) liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,0. Eine weitere
Steuerung der Strömungswiderstände kann durch entsprechende Bemessung der Leitungsquerschnitte
und durch einen zusätzlichen Druckverlust der Bustle erfolgen.
In der Vorrichtung nach Fig. 2 sind diejenigen Teile, die denen der Vorrichtung nach Fig. 1
entsprechen, . mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der wesentliche Unterschied zwischen
diesen beiden Vorrichtungen besteht darin, daß die Vorrichtung nach Fig. 2 anstelle
eines EinschmeIzVergasers einen Kohlevergaser
14 aufweist. Dieser erzeugt in bekannter Weise aus Kohle und Sauerstoff das für den Reduktionsschachtofen
1 benötigte Reduktionsgas. Da dieses bei Austritt aus dem Kohlevergaser 14 eine
Temperatur von etwa 1500° C aufweist, wird es zunächst in einem Abhitzesystem 15 auf
1000° C abgekühlt. Anschließend wird der Reduktionsgasstrom
in zwei Teilströme aufgeteilt, wobei
der eine Teilstrom über die Leitung 10 nach
Abkühlung auf 850° C durch Vermischen mit ' über die Leitung 11 zugeführtem Kühlgas und
' Entstaubung in einer Entstaubvorrichtung 16
in Höhe der Bustle-Ebene 5 und der andere Teilstrom nach Abkühlung auf 700° C durch Zumischen
vcnüber die Leitung 9 zugeführtem Kühlr
gas im Bodenbereich des Reduktionsschachtofens 1 in diesen eingeführt werden. Die Austragöffnungen
für den Eisenschwamm sind hierbei von den Einlaßöffnungen für das Reduktionsgas im
Bodenbereich des Schachtofens getrennt. Auch hier weist der Schachtofen 1 im unterhalb der
Bustle-Ebene 5 liegenden Bereich einen gegenüber dem des oberea Bereiches vergrößerten Querschnitt
15" auf. Die Aufkohlung des Eisenschwamms wird hier somit in gleicher Weise erreicht wie bei der
Vorrichtung nach Fig. 1.
- Leerseite -
Claims (21)
1. Verfahren zur Herstellung eines Eisenschwamms
bzw. Roheisens aus Eisenerz, das in einem Reduktionsschachtofen mittels eines heißen
Reduktionsgases zu Eisenschwamm reduziert
wird, das in den Schachtofen in Höhe der
Bustle-Ebene mit einer Temperatur im Bereich zwischen 750 und 900°. C sowie unterhalb
der Bustle-Ebene eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des Kohlenstoffgehalts des
Eisenschwamms bzw. Roheisens die Temperatur des unterhalb der Bustle-Ebene (5) eingeleiteten
Reduktionsgases auf einen Wert unterhalb der Temperatur des in Höhe der Bustle-Ebene (5) eingeleiteten Reduktionsgases' eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des unterhalb
der Bustle-Ebene (5) eingeleiteten Reduktionsgases auf einen Wert innerhalb des Bereiches
von ca. 650 bis 850° C eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des reduzierten Eisenerzes im Bereich zwischen
der Bustle-Ebene (5) und der Ebene der unterhalb der Bustle-Ebene liegenden Einlasse
für das Reduktionsgas möglichst groß gewählt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verweilzeit des reduzierten Eisenerzes im Bereich zwischen der Bustle-Ebene (5)
und der Ebene der unterhalb der Bustle-Ebene liegenden Einlasse für das Reduktionsgas
zwischen 1 und 4 Stunden, vorzugsweise bei etwa 1 Stunden liegt.
5. verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis
der Menge des unterhalb der Bustle-Ebene (5) zugeführten Reduktionsgases zur Menge des
in Höhe der Bustle-Ebene (5) zugeführten Reduktionsgases möglichst groß gewählt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verhältnis der Menge
- ' " des unterhalb der Bustle-Ebene (5) zugeführten
Reduktionsgases zur Menge des in Höhe der Bustle-Ebene (5) zugeführten Reduktionsgases
ein Wert zwischen 0,1 bis 0,5, vorzugsweise 0,3 gewählt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das unterhalb
der Bustle-Ebene (5) eingeleitete Reduktionsgas im Bodenbereich des Schachtofens (1)
zugeführt wird.
8. Verfahren nach ,Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchgangswiderstand für das Reduktionsgas zu den in der Bustle-Ebene (5) liegenden Einlassen (6) möglichst groß
und der Durchgangswiderstand für das Reduktionsgas zu den unterhalb der Bustle-Ebene (5)
liegenden Einlassen möglichst gering ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein einem Druckabfall zwischen
10 und 100 mbar entsprechender Wert für den Durchgangswiderstand für das Reduktionsgas
zu den in der Bustle-Ebene (5) liegenden Einlassen (6) gewählt wird.
10. Verfahren'nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsgas
aus einem Vergaser (2;14) nach Zumischung
von Kühlgas unterhalb der Bustle-Ebene (5) direkt in den Schachtofen (1)
eingeleitet wird.
H-. .Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsgas
aus dem Vergaser (2) nach Zumischung von Kühlgas über einen Zyklon (12) in Höhe
der Bustle-Ebene (5) in den Schachtofen (1) eingeleitet wird.
12,
13,
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen
des Schachtofens (1) zwischen der Bustle-Ebene (5) und der Ebene der unterhalb der
Bustle-Ebene liegenden Einlasse für das Reduktionsgas bei möglichst geringem Abstand
dieser Ebenen voneinander möglichst groß gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verhältnis des Abstandes
zwischen der Bustle-Ebene (5) und der Ebene der unterhalb der Bustle-Ebene liegenden
Einlasse für das Reduktionsgas zu dem Durchmesser des Schachtofens (1) in diesem Bereich
ein Wert zwischen 0,5 und 1,0 gewählt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur
in der Bustle-Ebene auf einen Wert zwischen 850° C und 1000° C eingestellt wird und
dem Eisenerz Kalkstein und/oder Dolomit zugemischt wird, welches im Reduktionsschacht oberhalb der Bustle-Ebene entsäuert
wird.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schachtofen (1) im Bereich zwischen der Bustle-Ebene (5)
und den Einlaßöffnungen für das Reduktionsgas unterhalb der Bustle-Ebene (5) einen
größeren Querschnitt besitzt als oberhalb der Bustle-Ebene (5).
- 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuführleitungen (7,10) für das Reduktionsgas zum Schachtofen (1) mit einer Kühlgasleitung (8) zur Einstellung
der jeweils gewünschten Temperatur des Reduktionsgases verbunden sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsweg (10,12) für das in der Bustle-Ebene (5)
zugeführte Reduktionsgas einen möglichst großen Widerstand besitzt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet/
daß der Leitungsweg (10,12) für das in der Bustle-Ebene (5) zugeführte
Reduktionsgas einen einem Druckabfall im Bereich zwischen 10 und 100 mbar entsprechen
den Durchgangswiderstand besitzt,
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18,
. ■. dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsweg
(7) für das unterhalb der Bustle-Ebene (5) IG zugeführte Reduktionsgas einen möglichst
geringen Widerstand besitzt und daß der Abstand zwischen der Bustle-Ebene (5) und
der Ebene der unterhalb der Bustle-Ebene (5) liegenden Reduktionsgas-Einlässe möglichst
gering ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis des Abstandes zwischen der Bustle-Ebene (5) und der Ebene
der unterhalb der Bustle-Ebene liegenden
Einlasse für das Reduktionsgas zu dem Durchmesser des Schachtofens (1) in diesem Bereich
zwischen 0,5 und 1,0 beträgt.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Erzeugung
des Reduktionsgases verwendete Vergaser ein Einschmelzvergaser (2) ist und daß Fallrohre
(7) für den Eisenschwamm zwischen dem Schachtofen (1) und dem Einschmelzvergaser (2) zur
Zuführung des unterhalb der Bustle-Ebene (5) eingeleiteten Reduktionsgases vorgesehen
sind.
der zur Er
verwendete
(14) ist.
dadurch gekennzeichnet, daß
zeugung des Reduktionsgases
Vergaser ein Kohlevergaser
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