DE3620842A1

DE3620842A1 - Verfahren zur direktreduktion von eisenoxidhaltigen materialien im drehrohrofen

Info

Publication number: DE3620842A1
Application number: DE19863620842
Authority: DE
Inventors: Gerd Elsenheimer; Wolfram Dr Schnabel
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1986-06-21
Filing date: 1986-06-21
Publication date: 1987-12-23
Also published as: IN164140B; CN87104326A; AU590862B2; EP0255154B1; DE3769394D1; ID929B; ES2021694B3; GR3001794T3; EP0255154A1; US4838934A; ZA874437B; CN1011893B; TR23022A; AU7452287A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Direktreduktion von eisenoxidhaltigen Materialien zu Eisenschwamm in einem Drehrohrofen, wobei die Beschickung im Gegenstrom zur Gasatmosphäre durch den Drehrohrofen geleitet wird, festes kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel mit hohem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert wird, festes kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel mit hohem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen durch das Austragsende des Drehrohrofens eingeblasen und über einem Teil der Ofenlänge auf die Beschickung verteilt wird und sauerstoffhaltige Gase an mehreren Stellen durch den Mantel in den Drehrohrofen eingeführt werden.

Die Zone des Drehrohrofens vor dem Austragsende des Ofens ist besonders empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen und Verarmung an Kohlenstoff im Materialbett. Dadurch können Schwankungen des Metallisierungsgrades, Bildung von Ansätzen im Ofen sowie erhöhter Wärmeverbrauch eintreten.

Es sind verschiedene Vorschläge bekannt, einen Teil des festen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels vom Austragsende des Drehrohrofens pneumatisch einzublasen und auf der Beschickung über einen Teil der Ofenlänge zu verteilen.

Aus der US-PS 9 81 280 ist es bekannt, pulverförmige, bituminöse Kohle mittels Luft durch eine erste Einblasvorrichtung einzublasen, wobei diese Einblasvorrichtung wie ein Staubkohlenbrenner wirkt. Durch eine zweite Einblasvorrichtung wird stückige Kohle mit einer Korngröße bis zu etwa 25 mm eingeblasen und auf der Beschickung verteilt.

Aus der US-PS 35 05 060 ist es bekannt, durch eine erste Einblasvorrichtung Kohle mit hohem Anteil an flüchtigen Bestandteilen in einer Korngröße von 0 bis 10 mm einzublasen und durch eine zweite Einblasvorrichtung Kohle in einer Korngröße von 10 bis 20 mm einzublasen.

Aus der US-PS 43 78 244 ist es bekannt, 15 bis 35% der gesamten Kohle vom Austragsende durch zwei Einblasvorrichtungen in einer Korngröße von 0 bis 12,5 mm einzublasen und über mindestens 50% der Ofenlänge zu verteilen. Der Rest der Kohle in einer Korngröße von bis zu etwa 50 mm wird in das Beschickungsende chargiert.

Aus der CA-PS 8 72 728 ist es bekannt, Kohle mit einer Korngröße bis zu 6 mm in das Beschickungsende mit einer Einblasvorrichtung einzublasen und die restliche Kohle in das Beschickungsende aufzugeben, wobei jedoch die Korngröße unter 1 mm ebenfalls vom Austragsende eingeblasen wird.

Aus der IN-PS 1 42 368 ist es bekannt, die gesamte Kohle bei einem Siebschnitt von 6 mm zu trennen, die grobe Fraktion in das Beschickungsende zu chargieren und die feine Fraktion in das Austragsende einzublasen, wobei die eingeblasene feine Fraktion 40 bis 70% der gesamten Menge beträgt und durch eine oder zwei Einblasvorrichtungen eingeblasen wird.

Aus der DE-OS 33 32 556 ist es bekannt, daß 60-100% der eingesetzten frischen Kohle vom Austragsende eingeblasen werden und daß die eingeblasene Kohle höchstens 20% des unter 4 mm Korngröße liegenden Feinanteils der gesamten frischen Kohle enthalten darf. Zum Einblasen sind zwei Einblasvorrichtungen vorgesehen. Mit einer Einblasvorrichtung wird ein Teil der unabgesiebten Kohle eingeblasen, die den erlaubten Anteil mit einer Korngröße unter 4 mm enthält, und über höchstens 20% der Ofenlänge verteilt. Mit einer zweiten Einblasvorrichtung wird abgesiebte Kohle eingeblasen, deren Korngröße über 4 mm liegt. Diese Kohle wird ab 20% der Ofenlänge über bis zu 70% der Ofenlänge verteilt. Mit diesem Verfahren kann die Schlußzone des Drehrohrofens jedoch nicht ständig auf optimalen Betriebsbedingungen gehalten werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in der Schlußzone des Drehrohrofens ständig optimale Betriebsbedingungen einzuhalten.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß festes kohlenstoffhaltiges Material mit hohem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen in eine gröbere und eine feinere Fraktion getrennt wird, ein Teil der gröberen und feineren Fraktion gemischt und mit einer Einblasvorrichtung in das Austragsende des Drehrohrofens eingeblasen wird, die Mischung aus 10-40% feinerer Fraktion und 90-60% gröberer Fraktion besteht, die Menge der eingeblasenen Mischung bis zu 50% des gesamten aufgegebenen festen, kohlenstoffhaltigen Materials beträgt, die eingeblasene Mischung bis zu maximal 50% der Ofenlänge verteilt wird und das restliche feste, kohlenstoffhaltige Material in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert wird. Der Gehalt des festen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels an brennbaren, flüchtigen Bestandteilen beträgt über 20%. In das Beschickungsende des Ofens kann auch ein Teil mit geringerem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen eingesetzt werden. Die sauerstoffhaltigen Gase, im allgemeinen Luft, werden durch Mantelrohre, deren Austrittsöffnungen in der Längsachse des Ofens liegen, und/oder durch Düsensteine, deren Austrittsöffnungen etwa in der Auskleidung des Ofens liegen, eingeblasen. Vom Austragsende wird zweckmäßigerweise Luft durch das Luftrohr des Zentralbrenners eingeleitet. Der Zentralbrenner wird zur Aufheizung des Ofens bei Inbetriebnahme und Stillständen benutzt, kann aber auch kurzfristig zur Temperaturerhöhung eingeschaltet werden. Die gröbere und die feinere Fraktion kann durch Trennung des gesamten festen Reduktionsmittels oder eines Teilstromes erzeugt werden. Die Trennung erfolgt zweckmäßigerweise auf Vibrationssieben. Die Menge an feinerer und gröberer Fraktion, die nicht für das Einblasen benötigt wird, wird in das Beschickungsende chargiert. In das Beschickungsende wird auch eventuell das Reduktionsmittel chargiert, das nicht dieser Trennung unterworfen wird. Die Ofenlänge, über die das Reduktionsmittel eingeblasen wird, wird vom Austragsende gerechnet. Der Anteil an feinerer Fraktion in der eingeblasenen Mischung wird im oberen Bereich gewählt, wenn der Gehalt des Reduktionsmittels an flüchtigen Bestandteilen relativ gering ist, da dann eine größere Menge an feinkörnigem Reduktionsmittel zur Deckung des Wärmebedarfs verbrannt werden muß. Der Anteil wird im unteren Bereich gewählt, wenn der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen relativ hoch ist, da dann mehr Wärme durch die Verbrennung der ausgetriebenen flüchtigen Bestandteile gedeckt wird. Der Siebschnitt für die Trennung des Reduktionsmittels wird in Abhängigkeit von der Reaktionsfähigkeit der Kohle, ihrem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und den erforderlichen Betriebsbedingungen im Ofen gewählt. Bei geringen Durchsatzleistungen des Drehrohrofens liegt der prozentuale Anteil des eingeblasenen kohlenstoffhaltigen Materials an der gesamten eingesetzten Menge im oberen Bereich.

Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Trennung des festen kohlenstoffhaltigen Materials bei einem Siebschnitt von 3 bis 5 mm erfolgt. Unter dem Ausdruck "Siebschnitt" ist zu verstehen, daß eine bestimmte Siebgröße in diesem Bereich verwendet wird. Der Siebschnitt in diesem Bereich ergibt in den meisten Fällen besonders gute Betriebsbedingungen.

Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Mischung des eingeblasenen kohlenstoffhaltigen Materials aus 15-30% feinerer Fraktion und 85 bis 70% gröberer Fraktion besteht. Dieses Mischungsverhältnis ergibt in den meisten Fällen besonders gute Betriebsbedingungen.

Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Menge der eingeblasenen Mischung des festen kohlenstoffhaltigen Materials 15-30% des gesamten aufgegebenen kohlenstoffhaltigen Materials beträgt.

Dadurch werden in den meisten Fällen, insbesondere bei hohen Durchsatzleistungen, besonders gute Betriebsbedingungen erzielt.

Eine Ausgestaltung besteht darin, daß die obere Korngröße der eingeblasenen gröberen Fraktion begrenzt wird und das darüberliegende Grobkorn abgetrennt und in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert wird. Die Abtrennung des Grobkorns kann vor der Trennung in die feinere und gröbere Fraktion erfolgen oder nach der Trennung aus der gröberen Fraktion. Dadurch werden grobe Kohlepartikel nicht mit der gröberen Fraktion eingeblasen, wodurch der Gehalt des Austragsmaterials an überschüssigem Kohlenstoff verringert werden und die Betriebsbedingungen im Ofen vergleichmäßigt werden können. Diese Abtrennung wird insbesondere dann durchgeführt, wenn das Reduktionsmittel größere und wechselnde Anteile an grobem Korn enthält.

Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die obere Korngröße der eingeblasenen gröberen Fraktion auf 10 bis 15 mm begrenzt wird. Diese Begrenzung ergibt sehr gute Betriebsbedingungen im Drehrohrofen.

Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß nach der Trennung die feinere Fraktion in einen Behälter und die gröbere Fraktion in einen anderen Behälter geleitet werden, aus den Behältern die entsprechenden Mengen an feinerer und gröberer Fraktion abgezogen, gemischt und in das Austragsende eingeblasen werden, die überschüssigen Mengen der feineren und gröberen Fraktion aus den Behältern separat abfließen und in das Eintragsende des Drehrohrofens chargiert werden. Unter dem Ausdruck "Behälter" sind Schurren, Bunker und dergl. zu verstehen. Am unteren Ende der Behälter sind Austragsvorrichtungen angeordnet, die eine dosierte Entnahme ermöglichen und die gewünschte Menge an feinerer und gröberer Fraktion aus den jeweiligen Behältern steuern. Die überschüssige Menge an feinerer und gröberer Fraktion fließt aus dem oberen Teil der Behälter ab und wird in das Eintragsende des Ofens chargiert. Vor dem Einblasen in das Austragsende und dem Chargieren in das Eintragsende werden die Ströme der Fraktionen in Bunker geleitet und dann dosiert aus diesen abgezogen. Dadurch kann mit sehr geringem Aufwand die erwünschte Mischung von gröberer und feinerer Fraktion für das Einblasen unabhängig von Schwankungen in der Kornzusammensetzung der angelieferten Kohle erreicht werden.

Die Erfindung wird anhand von Beispielen näher erläutert.

Der Drehrohrofen hatte einen Durchmesser von 4,8 m und eine Länge von 80 m. Er war mit 8 Mantelrohren und 3 Systemen von Düsensteinen ausgerüstet. Durch die Mantelrohre und Düsensteine wurde Luft in den freien Ofenraum geblasen und durch die Düsensteine auch in die Beschickung. Am Austragsende des Ofens waren eine Kohleneinblasvorrichtung und ein Zentralbrenner angeordnet.

Folgende Rohstoffe wurden eingesetzt:

Erz:
Fe-Gehalt66,5% Feuchtigkeit0,5% Korngröße5-20 mm Aufgabe32 t/h Dolomit:
Korngröße1-3 mm Aufgabe1,5 t/hKohle:
C_fix55% Flüchtige32% Asche13% Schwefel0,6% Feuchtigkeit6% Korngröße0-15% Anteil an Korngröße
unter 5 mm5-50% schwankend

Beispiel 1

Es wurden 12,5 t/h Kohle in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert und 5 t/h vom Austragsende bis zu einer Länge von 25 m, gerechnet vom Austragsende, eingeblasen.

Durch starke Schwankungen des Anteiles der eingeblasenen Kohle mit einer Korngröße unter 5 mm traten sehr unterschiedliche Temperaturverhältnisse im Auslaufbereich des Ofens ein. Bei hohem Anteil stiegen die Temperaturen stark an, verursacht durch starke Verbrennung im freien Ofenraum. Gleichzeitig kam es zu einer Kohlenstoffverarmung im Materialbett, da sich die in das Bett abgeworfene Menge an Grobkorn verringerte, so daß sich trotz hoher Temperatur in diesen Ofenteil eine niedrigere Metallisierung ergab. Durch die hohe Temperatur kam es zu lokalen Überhitzungen und zur vermehrten Bildung von Überkorn.

Produkt:
Eisenschwamm21,8 t/h Körnung0-15 mm mit 10-15% über20 mm Metallisierung85-95% unmagnetischer Austrag2-15%

Beispiel 2

Es wurde wie im Beispiel 1 gearbeitet, jedoch wurde Kohle bei einem Siebschnitt von 5 mm in eine grobe Fraktion von 5-15 mm und eine feine Fraktion von 0-5 mm getrennt, in zwei Bunkern getrennt gelagert, mittels Dosierbandwaagen im konstanten Verhältnis aus den Bunkern abgezogen und wieder vermischt durch die Einblasvorrichtung in den Ofen eingeblasen.

Von den 5 t/h, die vom Austragsende eingeblasen wurden, lagen 1,2 t/h in einer Korngröße von 0-5 mm und 3,8 t/h in einer Korngröße von 5-15 mm vor.

Die Temperatur der Ofenatmosphäre im letzten Teil des Drehrohrofens konnte konstant auf etwa 1090°C gehalten werden.

Produkt:
Eisenschwamm21,8 t/h Körnung0-20 mm mit max. 1-2%über 20 mm Metallisierung93-96% unmagnetischer Austrag8-11%

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß in der Schlußzone des Drehrohrofens vor dem Austragsende sehr konstante Ofenbedingungen eingehalten werden können. Durch die Trennung des Reduktionsmittels und Vermischung einer konstanten Menge der gröberen und feineren Fraktion kann auch bei den üblicherweise ständig schwankenden Feinanteilen der angelieferten Kohle ein genau dosiertes und konstantes Verhältnis von gröberer zu feinerer Fraktion eingestellt und eingehalten werden. Dadurch wird einerseits die Temperatur und andererseits der Kohlenstoffgehalt in der Beschickung weitgehend konstantgehalten und kann, falls erforderlich, schnell und geregelt verändert werden. Das Verhältnis kann so eingestellt und konstantgehalten werden, daß - in Verbindung mit der Verwendung nur einer Einblasvorrichtung - durch die schnelle Verbrennung der feinkörnigen Kohle im Fluge eine konstante Temperatur und ein rapider und konstanter Verbrauch des Sauerstoffs der Trägerluft erzielt wird und dadurch die Verbrennung der gröberen Kohle während des Fluges geringgehalten wird. Dadurch wird auch eine konstante Menge an Kohlenstoff in das Beschickungsbett gebracht.

Claims

1. Verfahren zur Direktreduktion von eisenoxidhaltigen Materialien zu Eisenschwamm in einem Drehrohrofen, wobei die Beschickung im Gegenstrom zur Gasatmosphäre durch den Drehrohrofen geleitet wird, festes kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel mit hohem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert wird, festes kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel mit hohem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen durch das Austragsende des Drehrohrofens eingeblasen und über einem Teil der Ofenlänge auf die Beschickung verteilt wird und sauerstoffhaltige Gase an mehreren Stellen durch den Mantel in den Drehrohrofen eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß festes kohlenstoffhaltiges Material mit hohem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen in eine gröbere und eine feinere Fraktion getrennt wird, ein Teil der gröberen und feineren Fraktion gemischt und mit einer Einblasvorrichtung in das Austragsende des Drehrohrofens eingeblasen wird, die Mischung aus 10-40% feinerer Fraktion und 90-60% gröberer Fraktion besteht, die Menge der eingeblasenen Mischung bis zu 50% des gesamten aufgegebenen festen, kohlenstoffhaltigen Materials beträgt, die eingeblasene Mischung bis zu maximal 50% der Ofenlänge verteilt wird und das restliche feste, kohlenstoffhaltige Material in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung des festen kohlenstoffhaltigen Materials bei einem Siebschnitt von 3 bis 5 mm erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung des eingeblasenen kohlenstoffhaltigen Materials aus 15-30% feinerer Fraktion und 85 bis 70% gröberer Fraktion besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der eingeblasenen Mischung des festen kohlenstoffhaltigen Materials 15-30% des gesamten aufgegebenen kohlenstoffhaltigen Materials beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Korngröße der eingeblasenen gröberen Fraktion begrenzt wird und das darüberliegende Grobkorn abgetrennt und in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Korngröße der eingeblasenen gröberen Fraktion auf 10 bis 15 mm begrenzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Trennung die feinere Fraktion in einen Behälter und die gröbere Fraktion in einen anderen Behälter geleitet werden, aus den Behältern die entsprechenden Mengen an feinerer und gröberer Fraktion abgezogen, gemischt und in das Austragsende eingeblasen werden, die überschüssigen Mengen der feineren und gröberen Fraktion aus den Behältern separat abfließen und in das Eintragsende des Drehrohrofens chargiert werden.