DE3731851C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-PS 2 82 574 ist ein Verfahren zur Gewinnung von metallischem Eisen aus mulmigen, d. h. pulverförmi­ gen Erzen und von Kohlenoxidgas aus minderwertigem Brennstoff durch getrennten Reduktions- und Schmelz­ prozeß bekannt, bei dem die mulmigen Erze in einem Drehrohrofen unter Vermeidung einer Sinterung durch das Kohlenoxidgas zu Eisenschwamm reduziert und in einen Schachtofen übergeführt werden, in dem sie mittels des minderwertigen Brennstoffs bei ge­ ringer Schichthöhe und geringer Windpressung unter Vergasung des Brennstoffs geschmolzen werden. Das durch die Vergasung entstehende Kohlenoxidgas wird zur Reduktion der Erze in den Drehrohrofen geleitet. Dieses Verfahren kann jedoch den heutigen Anforderungen nicht mehr genügen.

So weist das Reduktionsgas eine Temperatur auf, die üblicherweise zu Verbackungen der feinen Erz­ teilchen führt, und außerdem wird mit Gasgeschwin­ digkeiten gearbeitet, insbesondere wenn im Schacht­ ofen bzw. Einschmelzvergaser ein Wirbelbett aufrecht­ erhalten werden soll, bei denen das pulverförmige bzw. feinkörnige Erz zu einem erheblichen Teil mitge­ rissen und damit an dem dem Schachtofen gegen­ überliegenden Ende aus dem Drehrohrofen herausge­ führt würde.

In der DE-OS 14 58 746 wird ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Stahl aus Erzen beschrieben, bei dem die Erze in einem Drehrohrofen unter Verwendung der beim Frischen des Zwischenprodukts durch Aufblasen von Sauer­ stoff zu Stahl entstehenden, kohlenmonoxid­ haltigen heißen Abgase weitgehend vorreduziert und erhitzt werden. Dieses Verfahren ist nur mit grobstückigem Erz durchführbar, da feine Erzteilchen mit den Abgasen aus dem Drehrohr­ ofen herausgetragen und somit dem Prozeß ent­ zogen würden. Auch unterscheidet sich dieses Verfahren wesentlich von einem Verfahren, bei dem das Reduktionsgas durch Vergasen eines festen Brennstoffs unter gleichzeitigem Schmelzen und Fertigreduzieren von vorreduziertem Eisenschwamm zu flüssigem Roheisen erzeugt wird.

Weiterhin ist aus der DE-OS 34 21 878 ein Verfahren zur kontinuierlichen Erzeugung von Roheisen aus Eisenerzen bei gleichzeitiger Erzeugung eines Prozeßgases bekannt, bei dem die Eisenerze in Form von Grünpellets, Briketts, Schülpen oder dergleichen Formlingen auf einen Wanderrost gege­ ben und auf diesem mit Hilfe des Prozeßgases vorge­ wärmt, getrocknet und zu Eisenschwamm reduziert werden. Der Eisenschwamm wird dann unmittelbar einem Kohlevergasungsreaktor mit Eisenbad von oben aufgegeben und in diesem einge­ schmolzen, wobei Kohle und Sauerstoff vorzugsweise von unten in das Eisenbad eingeblasen und die Kohle zu dem Prozeß- bzw. Reduktionsgas vergast werden. Die Formlinge sollen dabei eine mittlere Korngröße von etwa 10 mm besitzen, d. h. es werden nur abgesiebte grobstückige Erze oder Feinerze nur nach einer entsprechenden Vorbe­ handlung, nicht jedoch direkt eingesetzt.

Bei den heutigen Reduktionsverfahren werden grundsätzlich entweder nur Stückerze mit einer Stückgröße von mehr als etwa 6,3 mm, vorzugsweise Pellets oder Sinterstücke, für Direktreduktion, Schmelzreduktion und das Hochofenverfahren oder nur Feinerze mit einer Teilchengröße von weniger als 0,1 mm für die eigentliche Feinerz- bzw. Schmelzreduktion eingesetzt. Erzteilchen mit einer natürlichen Kornverteilung unterhalb 6,3 mm werden daher nicht direkt einge­ setzt, sondern entweder zu Formlingen mit einer Größe von mehr als 6,3 mm gesintert oder auf Teilchengrößen von weniger als 0,1 mm aufgemahlen und dann zu Pellets von mehr als 6,3 mm agglo­ meriert oder direkt für die Feinerzreduktion verwendet. Diese Vorbehandlung der Erze ist um­ ständlich und kostenintensiv.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Er­ findung, ein Verfahren zur Herstellung einer Metallschmelze aus oxidischem oder sulfidischem Erz bei Verwendung eines Drehrohrofens, durch den das Erz und im Gegenstrom zu diesem ein heißes Reduktionsgas hindurchgeführt werden, sowie eines mit dem Drehrohrofen verbundenen und in bezug auf die Bewegung des Erzes hinter diesem angeordneten Einschmelzvergasers, in dem durch ihm zugeführten festen Brennstoff und sauerstoffhaltigem Gas das im Drehrohrofen vorreduzierte Erz aufgeschmolzen und fertig­ reduziert sowie das Reduktionsgas erzeugt werden, anzugeben, bei dem Erze mit einer natürlichen Korngrößenverteilung bis zu etwa 30 mm direkt eingesetzt werden können, so daß das bisher übliche Sintern oder Aufmahlen und gegebenen­ falls Agglomerieren entfallen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem gattungsgemäßen Verfahren durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Verwendung eines Drehrohrofens ermöglicht trotz eines Anteils feiner und feinster Teilchen im verwendeten Erz einen ausreichenden Durchgang des Reduktionsgases durch die Ofen­ charge. Um eine hohe Verwirbelung des Erzes und damit einen möglichst innigen Kontakt zwischen diesem und dem Reduktionsgas zu erzielen, ist der Drehrohrofen mit geeigneten Mitnehmern in Form von Heberleisten oder dergleichen ausgestattet. Durch die Abscheidung mitgenommener Erz- und Brennstoffteilchen aus dem verbrauchten Reduk­ tionsgas und deren Förderung in den Einschmelzver­ gaser gehen diese für die Metallgewinnung nicht ver­ loren. Beim erfindungsgemäßen Verfahren findet eine selbsttätige, ohne zusätzlichen Auf­ wand erreichte Trennung der Erzteilchen in eine Feinkorn- und eine Mittelkornfraktion statt, die dem Einschmelzvergaser auf unterschiedlichen Wegen zugeführt werden, so daß sowohl für die Feinkornfraktion wie auch für die Mittel­ kornfraktion die optimalen Prozeßbedingungen getrennt eingestellt werden können.

Die maximale Korngröße der natürlichen Korngrößen­ verteilung des eingesetzten Erzes bestimmt sich nach dessen Reduzierbarkeit. So ist z. B. ein Erz mit höherer Porosität leichter reduzierbar als ein solches mit niedrigerer Porosität, so daß eine größere maximale Korngröße gewählt werden kann. Bei sehr guter Reduzierbarkeit kann daher die maximale Korngröße etwa 30 mm betragen, bei geringerer Reduzierbarkeit ist sie entsprechend kleiner, wobei sie jedoch nicht unter etwa 4 bis 8 mm herabgesetzt werden sollte.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungs­ beispiels näher erläutert. Diese zeigt in schematischer Darstellung eine im wesentlichen aus einem Drehrohrofen und einem Einschmelzvergaser bestehende Kombination zur Herstellung von flüs­ sigem Roheisen aus Eisenerzen.

In einem schräg angeordneten Drehrohrofen 1 bekannter Bauart wird am oberen Ende über eine Beschickungsöffnung 2 Eisenerz mit einer Korn­ größe bis zu etwa 30 mm eingegeben. Dieses Eisenerz wird beispielsweise erhalten durch Absieben oder Brechen der diese Korngröße übersteigenden Stücke aus einem Eisenerz mit natürlicher Korngrößenverteilung. Die obere Grenze für die Korngröße des in den Drehrohrofen 1 eingegebenen Eisenerzes kann abhängig von seiner Reduzierbarkeit in einem relativ weiten Bereich eingestellt werden, vorzugsweise, liegt dieser zwi­ schen 4 und 30 mm.

In den Drehrohrofen 1 tritt auf der unteren Seite über eine Öffnung 3 ein heißes Reduktionsgas ein, das in noch zu beschreibender Weise in einem Einschmelzvergaser 4 erzeugt und über eine Leitung 5 zugeführt wird.

Durch die Drehung des Drehrohrofens 1 wird das in diesem enthaltene Eisenerz von der Beschickungs­ öffnung 2 zur Öffnung 3 hin bewegt, wobei es durch Heberleisten oder ähnliche Mitnehmer stark durcheinandergewirbelt wird und in innigen Kontakt mit dem in entgegengesetzter Richtung strömenden Reduktionsgas gelangt, so daß eine erhebliche Reduktion des Erzes stattfindet. Das verbrauchte Reduktionsgas tritt am oberen Ende durch eine Öffnung 6 aus dem Drehrohrofen 1 aus und gelangt über eine Leitung 7 in einen Heißgaszyklon 8.

Das im Drehrohrofen 1 zu Eisenschwamm vorreduzierte Eisenerz wird durch die Öffnung 3 und die Leitung 5 in den Einschmelzvergaser 4 geführt. Dieser wird außerdem über eine Öffnung 9 im Kopfbereich mit einem festen Brennstoff, vorzugsweise stückiger Kohle oder einem Gemisch aus Koks und stückiger Kohle beschickt. Über eine Öffnung 10 wird sauer­ stoffhaltiges Gas oder reiner Sauerstoff in den unteren Bereich des Einschmelzvergasers 4 einge­ blasen, gegebenenfalls unter einem solchen Druck, daß sich über der Öffnung 10 ein Wirbelbett aus den Eisenschwamm- und Kohleteilchen ausbildet. Die Kohle wird durch den Sauerstoff vergast, wobei ein im wesentlichen aus CO bestehendes Re­ duktionsgas erzeugt wird. Die dabei freigesetzte Wärme schmilzt den Eisenschwamm und bewirkt dessen vollständige Reduktion, so daß sich am Boden des Einschmelzvergasers 4 flüssiges Roheisen ansammelt, das in geeigneten Zeitabständen über einen Ab­ stich 11 abgelassen wird. Auf dem Roheisen schwimmt eine Schicht aus flüssiger Schlacke, die ebenfalls in bestimmten Zeitabständen über einen Abstich 12 abgelassen wird. Es kann jedoch auch ein gemein­ samer Abstich für das Roheisen und die Schlacke vorgesehen werden.

Über dem flüssigen Roheisen bzw. der flüssigen Schlacke, jedoch unterhalb der Öffnung 10 bildet sich ein Festbett aus Koksteilchen, das eine bestimmte Mindesthöhe haben muß und das eine Reoxidation des geschmolzenen Eisens verhindert. Oberhalb dieses Festbettes entwickelt sich das Wirbelbett aus Eisenschwamm- und Kohle- bzw. Koksteilchen.

Die Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Einschmelzvergaser 4 über die Leitung 5 in den Drehrohrofen 1 geführten Reduktionsgases wird so eingestellt, daß genügend Koksteilchen, die sich durch Entgasung der über die Öffnung 9 eingegebenen Kohle bilden, mitgerissen und mit den Eisenerzteilchen im Drehrohrofen 1 verwirbelt werden, um als Trennteilchen eine Verbackung der Eisenerzteilchen zu verhindern. Diese Strömungsgeschwindigkeit ist über den Systemdruck beeinflußbar, der auf einen Wert im Bereich zwischen 2 und 6 bar, bevorzugt auf etwa 4 bar eingestellt werden sollte. Erforderlichenfalls kann jedoch zusätzlich Koks zusammen mit dem Eisenerz über die Beschic­ kungsöffnung 2 in den Drehrohrofen 1 eingebracht werden.

Die Temperatur des in den Drehrohrofen 1 ein­ strömenden Reduktionsgases sollte im Bereich zwischen 700 und 1100°C und zweckmäßig bei etwa 850 bis 900°C liegen. Da die Temperatur des im Einschmelzvergaser 4 erzeugten Gases üb­ licherweise erheblich höher ist, wird zur Ein­ stellung der gewünschten Temperatur über Leitungen 13, 14 Kühlgas in den Kopf des Einschmelz­ vergasers 4 und/oder die Leitung 5 geleitet, das in noch zu beschreibender Weise gewonnen wird.

Über die Drehgeschwindigkeit des Drehrohrofens 1 lassen sich die Verweilzeit des Eisenerzes in diesem und damit der Metallisierungsgrad des den Drehrohrofen 1 verlassenden Eisenschwamms steuern. Ein Metallisierungsgrad von über 90% kann ohne weiteres erreicht werden, jedoch hat eine hohe Metallisierung eine sehr schlechte Gasausnutzung zur Folge. Daher ist es empfehlens­ wert, die Metallisierung bei der Vorreduktion relativ niedrig zu halten und die Restreduktion in einem im Einschmelzvergaser 4 ausgebildeten Festbett durchzuführen.

Das aus dem Drehrohrofen 1 in die Leitung 7 eintretende verbrauchte Reduktionsgas führt eine erhebliche Menge anreduzierter Feinerzteilchen und Koksteilchen mit sich. Diese Festteilchen werden im Heißgaszyklon 8 abgeschieden und über Leitungen 15, 16 pneumatisch entweder in Höhe der Sauerstoffzufuhr oder, wie in der Figur gezeigt, etwas darüber in Höhe der Wirbel­ schicht in den Einschmelzvergaser 4 befördert.

Das von den Festteilchen getrennte verbrauchte Reduktionsgas gelangt, soweit es noch für den Reduktionsprozeß benötigt wird, über Leitungen 17, 18 in einen Gas-Wäscher 19, in dem es gekühlt und gereinigt wird. Das insoweit nicht be­ nötigte Gas wird für andere Verwendungen über die Leitung 17 abgeleitet. Das gekühlte und gereinigte Gas wird zunächst über eine Leitung 20 und ein Gebläse 21 geführt und dann einerseits über die Leitungen 13 und 14 dem Reduktionsgas als Kühlgas zugemischt und andererseits in der Leitung 16 als Transportgas für die im Heißgaszyklon 8 abgeschiedenen Festteilchen verwendet.

Eine gegebenenfalls erforderliche weitere Kühlung des Reduktionsgases läßt sich dadurch erreichen, daß ein Teil des im Einschmelzvergasers 4 erzeugten Reduktionsgases, d. h. des sogenannten Frischgases, vor dem Einleiten in den Drehrohrofen 1 in nicht gezeigter Weise abgezweigt, gekühlt und komprimiert und dann dem übrigen Reduktionsgas vor dem Eintritt in den Drehrohrofen 1 wieder zugemischt wird.

Über die Beschickungsöffnung 2 können neben dem Eisenerz und gegebenenfalls Koks auch übliche Zuschlagstoffe in den Drehrohrofen 1 eingegeben werden, beispielsweise Kalkstein und/oder Dolomit für die Entschwefelung.

Es kann auch ein Teil der Kohle im Bereich des Eintritts des Reduktionsgases in den Dreh­ rohrofen 1 zugeführt werden, wodurch die über­ schüssige Wärme dieses Gases für eine Verkokung dieses Teils der Kohle genutzt werden könnte.

Durch Verwendung einer Kohle mit einem relativ geringen Anteil an flüchtigen Bestandteilen kann die den Drehrohrofen 1 durchströmende Reduktionsgasmenge durch verstärkte Rezirku­ lation des verbrauchten und wiederaufbereiteten Reduktionsgases über die Leitung 13 wesentlich gesteigert werden, so daß die Schmelz- und Re­ duktionsleistung der eingebrachten Kohle mit den entsprechenden Anforderungen im Gleichge­ wicht gehalten werden können.

Das vorliegende Verfahren beschränkt sich nicht nur auf die im Ausführungsbeispiel beschriebene Verarbeitung von Eisenerz, sondern läßt sich auch auf die Erze anderer Metalle wie mangan- oder chromhaltige Erze anwenden.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung einer Metallschmelze aus oxidischem oder sulfidischem Erz unter Verwendung eines Drehrohrofens, durch den das Erz und im Gegenstrom zu diesem ein heißes Reduktionsgas hindurchgeführt werden, sowie eines mit dem Drehrohrofen verbundenen und in bezug auf die Bewegung des Erzes hinter diesem angeordneten Einschmelzvergasers, in dem durch ihm zugeführten festen Brennstoff und sauerstoffhaltiges Gas das im Drehrohrofen vorreduzierte Erz aufgeschmolzen und fertigreduziert sowie das Reduktionsgas erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß Erz bis zu einer Korngröße von etwa 30 mm eingesetzt wird, daß das aus dem Einschmelzvergaser herausgeführte Reduktionsgas einen eine Verbackung der Erzteilchen im Drehrohrofen verhindernden Anteil an Brennstoffteilchen mit sich führt, und daß mit dem aus dem Drehrohrofen herausgeführten Reduktionsgas mitgenommene Erzklein- und Brennstoffteilchen aus diesem abgeschieden und in den Einschmelzvergaser gebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Erz bis zu einer Korngröße von etwa 4 bis 8 mm eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff stückige Kohle verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff ein Gemisch aus Koks und stückiger Kohle verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine an flüchtigen Bestandteilen arme Kohle verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle mindestens teilweise durch das heiße Reduktionsgas im Einschmelzvergaser oberhalb eines Festbettes verkokt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlicher Koks zusammen mit dem Erz in den Drehrohrofen eingebracht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das verbrauchte Reduktionsgas durch Abkühlung von CO₂-Entfernung wieder aufbereitet und dem frisch erzeugten Reduktionsgas vor dessen Eintritt in den Drehrohrofen als Kühlgas zugemischt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des im Einschmelzvergaser erzeugten Reduktionsgases vor der Einführung in den Drehrohrofen gekühlt und komprimiert und dem restlichen Reduktionsgas als Kühlgas wieder zugemischt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas in den Kopfbereich des Einschmelzvergasers und/oder die Verbindungsleitung zwischen dem Einschmelzvergaser und dem Drehrohrofen eingeleitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des wiederaufbereiteten verbrauchten Reduktionsgases als Transportgas für die aus dem Reduktionsgas abgeschiedenen Erzklein- und Brennstoffteilchen verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich des Einschmelzvergasers ein Festbett aus Brennstoffteilchen gebildet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschiedenen Erzklein- und Brennstoffteilchen in Höhe der Zuführung des sauerstoffhaltigen Gases oberhalb des Festbettes in den Einschmelzvergaser eingebracht werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Einschmelzvergaser oberhalb des Festbettes ein Wirbelbett aus vorreduzierten Erz- und Brennstoffteilchen gebildet und die abgeschiedenen Erzklein- und Brennstoffteilchen in Höhe des Wirbelbettes in den Einschmelzvergaser eingebracht und direkt nach Eintritt in den Vergaser mit Sauerstoff in Kontakt gebracht werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Systemdruck auf einen Wert etwa im Bereich von 2 bis 6 bar eingestellt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eisen-, chrom- oder manganhaltige Erze eingesetzt werden.