DE3734892A1

DE3734892A1 - Verfahren zur aufbereitung von huettenwerksstaeuben

Info

Publication number: DE3734892A1
Application number: DE19873734892
Authority: DE
Inventors: Egon Evertz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-10-15
Filing date: 1987-10-15
Publication date: 1989-04-27

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufbereitung von Hüttenwerksstäuben gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Art.

Allgemein ist bekannt, daß Hüttenwerksstäube zum Zwecke der Direkt reduktion thermisch unter Zugabe von reduzierendem Kohlenstoff behandelt werden, um sie entweder metallurgisch einsetzbar oder zumindest deponiefähig zu machen. Eine derartige Direktreduktion von Hüttenwerksstäuben findet sich beschrieben in "Stahl und Eisen", 1976, Seiten 1239 bis 1245. Danach werden Stäube des LD-Verfahrens mit etwa 83% Re₂O₃ und 10% FeO in eingedicktem Zustand mit trockenem Staub sowie unter Zusatz von gemahlenem Koks als Reduktionsmittel gemischt sowie auf Pelletiereinrichtungen pelletiert. Diese so erzeugten Pellets werden alsdann nach Erwärmung auf einem Wanderrost in einem Reduktionsdrehrohr erhitzt, bis eine Reduktion zu Eisenschwamm erfolgt ist.

Auch bei sonstigen Verfahren ist es üblich, daß die Stäube vor ihrer thermischen Behandlung zunächst stückig gemacht werden, indem sie beispielsweise zu Briketts verarbeitet werden.

Die thermische Behandlung muß nicht notwendigerweise zur Reduktion des Metalls führen. Es ist für viele Zwecke bereits ausreichend, wenn die Stäube durch die genannten Behandlung agglomeriert werden, so daß sie sich fördern und lagern lassen.

Sofern die Stäube, wie vor allem bei der Elektrostahlerzeugung, höhere Anteile von wertvollen Legierungsmetallen, wie Chrom oder Nickel, aufweisen, kommt der Aufbereitungsbehandlung besondere Bedeutung zu. So muß im Wege der Aufbereitung dann, wenn die Stäube deponiert werden sollen, sichergestellt werden, daß die höherwertigen Verbindungen einiger Metalle, wie beispielsweise des Chroms, in geringwertigere Verbindungen überführt werden, um eine Gefährdung durch Kontamination des Bodens bzw. des Grundwassers auszuschließen. So sind bekannte Chrom-(VI)-Verbindungen bis zu 1000mal giftiger als Chrom-(III)-Verbindungen.

Andererseits liegt der erhöhte Anteil an wertvollen Legierungselementen, wie Chrom und Nickel, häufig nahe, stückig gemachte Stäube der Schlacke des Elektroofens zuzusetzen, um die so eingebrachten Oxyde wenigstens teilweise in das Stahlbad hineinzureduzieren, so daß sich Legierungselemente einsparen lassen.Auch wenn aus Gleichgewichtsgründen lediglich die Aufnahmefähigkeit der Schlacke für Oxyde der Legierungselemente herabgesetzt werden kann, indem stückige Stäube eingesetzt werden, läßt sich eine erhebliche Ersparnis erzielen.

Demgegenüber setzten die bekannten Verfahren für die Aufbereitung der genannten Stäube einen beträchtlichen Aufwand voraus, indem für das Pelletieren oder für das Brikettieren zunächst Zusätze gegeben werden müssen, woraufhin es zu der aufwendigen Verarbeitung in den Brikettier- bzw. Pelletieranlagen kommt. Lagerung und Förderung der Pellets oder Briketts können erheblichen Abrieb derselben hervorrufen, der sich weder deponieren noch einsetzen läßt, sondern erneut der Stückigmachung bedarf.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabenstellung zugrunde, das eingangs bezeichnete Verfahren zur Aufbereitung von Hüttenwerksstäuben dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Stäube mit weniger Aufwand zu behandeln sind, damit sie im metallurgischen Prozeß in der beschriebenen Weise erneut eingesetzt oder gegebenenfalls auch deponiert werden können, ohne daß es zum Zerfall stückig gemachten Materials kommt.

Die Erfindung läßt diese Aufgabenstellung nach dem Vorschlag des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1, für den die Vorschläge der Unteransprüche 2 bis 14 vorteilhafte Weiterentwicklungen vorsehen.

Auf diese Weise wird der Staub in pulverförmigem Zustand unmittelbar eingesetzt. Eine innige Vermischung mit dem Koksgrus geht dem Einsatz nicht voraus, vielmehr wird letzterer in Form von Zwischenlagen eingebracht. Die Menge von 15 bis 30 Gewichtsanteilen zeigt eine etwas größere Varianz, als dies sonst aus stöchometrischer Sicht der Fall ist, so daß man über den Koksgrusmengenanteil die Prozeßbedingungen noch etwas steuern kann. Hierfür ist maßgeblich, daß die enge Vermischung zunächst nur in den Randbereichen der einzelnen Schichten zustande kommt, so daß es zweckmäßig sein kann, bezogen auf mehrere Schichten eine zusätzliche Koksgrusschicht vorzusehen, als dies unter stöchometrischem Gesichtspunkt erforderlich wäre.

Als Koksgrus wird die übrige Fraktion im Bereich zwischen 0 bis 6 mm eingesetzt. Dabei beträgt die Dicke einer Koksschicht etwa 10 mm, wohingegen die Stäube in einer mehrfach so dicken Schichthöhe aufgebracht werden.

Die Stäube sind üblicherweise sehr fein. So beträgt eine typische Staubzusammensetzung:

über 0,25 mm\|2,1%
0,25 bis 0,125 mm	8,9%
0,125 bis 0,063 mm	15,5%
0,063 bis 0,044 mm	20,4%
unter 0,044 mm	79,6%

Diesen, im wesentlichen sehr feinkörnigen Stäuben steht der Koksgrus gegenüber, dessen Porenvolumen am Gesamtvolumen 50 bis 60% beträgt. In die oberflächlichen, offenen Poren dringen die feinsten Stäube leicht ein, so daß es bei einem Teil der aufgegebenen Mischung zu einem innigen Kontakt zwischen Stäuben und reduktionsfähigem Kohlenstoff kommt.

Dieser Kontakt führt nun im Laufe der Erhitzung zur direkten Feststoff reduktion, bei der bevorzugt Kohlenmonoxid entsteht. Das Kohlen monoxid steigt durch die Stäube auf und bringt letztere in begrenztem Ausmaß in Bewegung. Die erhitzten Stäube erfahren dadurch je nach Temperatur eine Agglomeration bzw. eine Reduktion ihrer Metalloxyde, bei welchem Prozeß ihre beim aufsteigenden Gas hervorgerufene Agitation von Vorteil ist. Im Falle der indirekten Reduktion durch Kohlenmonoxid bildet sich Kohlendioxid, das in aufsteigenden, kohlenstoffreicheren Schichten erneut zu Kohlenmonoxid reduziert werden kann, so daß der aus dem Koksgrus stammende Kohlenstoff, sofern er nicht der einleitenden direkten Reduktion dient, eine entsprechende Vergasung erfährt. Das aufsteigende Gas bringt zwar den Einsatz in gewünschtem Maße in Bewegung, doch wird überraschender Weise dabei kaum Staub ausgetragen. Hierfür dürfte die Tendenz der erhitzten Stäube zur Agglomeration wesentlich beitragen.

Schmelzflüsse der Stäube werden im Allgemeinen erst oberhalb 1300°C festgestellt. Dabei wird von einer üblichen, durch Elektrostahlerzeugung bedingten Staubzusammensetzung ausgegangen. Demnach liegen im Staub die Oxyde der nachstehenden Metalle vor:

10 bis 15% Chrom
2,5 bis 4% Nickel
30 bis 40% Eisen
4 bis 5% Mangan
3% Zink.

Neben diesen oxydisch vorliegenden Metallen sind noch in nennenswertem Ausmaß SiO₂, AL₂O₃, CaO, MgO und TiO₂ vorhanden.

Die vorstehende Zusammensetzung erfährt durch die erfindungsgemäße Behandlung noch eine gewisse Verschiebung, weil im Koksgrus noch etwa 10% Asche mit

42% SiO₂
30% AL₂O₃
15% Fe₂O₃

enthalten sind, welche Bestandteile in das Agglomerat bei vollständiger Verbrennung des Kokskohlenstoffs eingehen.

Sofern eine Reduktion der Metalloxyde zum Metall stattfindet, nimmt diese bis zur Sättigung Kohlenstoff auf, wie es vom Hochofenprozeß her geläufig ist.

Um sicherzustellen, daß das freigesetzte von Kohlenmonoxid aus den Koksgrusschichten die Staubschichten durchströmt bzw. in Bewegung versetzt, muß bei der Aufbringung der Schichten gewährleistet werden, daß die verhältnismäßig zerklüftete Oberfläche der Koksgrusschicht wenigstens eine ebene Überdeckung erfährt. Im übrigen beträgt die Schichthöhe der Stäube entsprechend dem Gewichtsanteil verhältnis und der Schüttdichte ein mehrfaches derjenigen des Koksgruses, jedoch ragt dieser stets mit einigen Stücken über die Durchschnittsdicke der Schicht erheblich hinaus.

Die erwähnten Schichten lassen sich in mehrfacher Anordnung aufbringen, so daß man die Behandlung satzweise in einem Gefäß vornehmen kann, welches von außen beheizt wird. In diesem Falle bedarf die Aufheizgeschwindigkeit einer sorgfältigen Steuerung, um zu vermeiden, daß bei der eruptiven Oberflächenbewegung der obersten Staubschicht zu viel Staub ausgetragen wird. Bei langsamer Aufheizung des endotherm verlaufenden Prozesses läßt sich dies vermeiden. Andererseits ist es bei einer geringeren Dicke des Einsatzes durchaus angebracht, den Prozeß mit erhöhter Aufheizgeschwindigkeit zu betreiben.

Neben dieser satzweisen Beschickung bei der während des Behandlungsprozesses kein weiteres Material mehr eingebracht wird, läßt sich auch während der Behandlung selbst eine Beschickung vornehmen, indem eine Koksgrusschicht und eine darauf folgende Staubschicht auf ein heißes Festbett gegeben werden, bei dem die Agglomeration des Staubes schon eingesetzt hat. Diese Art der Beschickung setzt ein von oben während der Behandlung zugänglich bleibendes Behandlungsgefäß voraus.

In beiden Fällen kann man die Behandlung bis zur wenigstens teilweisen Reduktion der Metalloxyde zu ihren Metallen durchführen. Dabei entsteht, wie bereits erwähnt, ein hochgekohltes Metallgemisch.

Eine besonders wirtschaftliche Betriebsweise wird erreicht, wenn das auf die vorstehend erwähnte Weise gebildete Metall einerseits und die zu Schlacke geschmolzenen Stäube andererseits während des Aufbringens der einzelnen Schichtlagen angesammelt werden, bis die gesammte Charge eingebracht ist. Daraufhin läßt sie sich leicht nach Schlacke und Metall getrennt abstechen, so daß sich die Einsatz voraussetzungen für das reduzierte Metall einerseits und die Verwendung der geschmolzenen Schlacke andererseits den Bedarf anpassen lassen. Beispielsweise kann die auf diesem Wege an Metall verarmte Schlacke deponiert oder zu Schlackenprodukten weiterverarbeitet werden, ohne daß dies durch zu hohe Metallverluste belastet wird.

Dem Fachmann stehen Behandlungsgefäße mit ruhendem Einsatz in größerer Auswahl zur Verfügung. So lassen sich die Verfahren, die durch den satzweisen Betrieb gekennzeichnet sind, in Muffelöfen oder in Drehherdöfen ausführen. Bei den Verfahren mit Einsatz während des Prozesses kommen die von oben zugänglich bleibenden Ofengefäße in Betracht, wie beispielsweise elektrisch beheizte Herdöfen, außenbeheizte Tiegel, oder kernlose induktive beheizte Tiegel. Letztere sind vor allem dann geeignet, wenn beim Abstechen jeweils ein Teil des flüssigen Metalls im Tiegel verbleibt, auf welches alsdann der nächstfolgende Einsatz aufgebracht wird.

Die Temperaturführung des erfindungsgemäßen Verfahrens macht den Einsatz entsprechend feuerfester Stoffe erforderlich. Dabei kommt es jedoch darauf an, wie weitgehend die Aufbereitung erfolgen soll. Falls lediglich eine Agglomeration angestrebt ist, ist dies im Drehherdofen am ehesten möglich. Sofern die Reduktion zu Metall und Schmelzfluß des letzteren sichergestellt werden soll, bedarf es normalerweise einer Dolomit-Zustellung des Ofengefäßes.

Das während des Prozesses entweichende Gas besteht neben Kohlendioxid vor allem aus Kohlenmonoxid. Es wird deshalb während der Behandlung aufgefangen und verbrannt. Man kann es in besonders wirtschaftlicher Weise benutzen, um das Ofengefäß von außen zu beheizen, um den Einsatz auf Reduktionstemperatur zu bringen bzw. zu erhalten.

Claims

1. Verfahren zur Aufbereitung von Hüttenwerksstäuben, insbesondere von bei der Elektrostahlerzeugung entstehenden Stäuben, die neben Oxyden des Eisens in erheblichem Ausmaß Oxyde des Chroms und des Nickels aufweisen, und unter Zugabe von reduzierendem Kohlenstoff wenigstens derart erhitzt werden, daß der Staub zu agglomerieren einsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäube mit Koksgrus in einem mit ruhendem Einsatz zu betreibenden Ofengefäß thermisch gehandelt werden, indem sie in pulverförmigem Zustand lageweise eingebracht werden, wobei zwischen eine und die nächstfolgende Staublage Koksgrus in einem Mengenanteil von 15 bis 30 Gewichtsanteilen auf 100 Gewichtsanteile Staub, aufgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichthöhe der Stäube ein mehrfaches derjenigen des Koksgruses beträgt, wobei dessen zerklüftete Oberfläche wenigstens eine ebene Überdeckung erfährt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung satzweise in einem Gefäß durchgeführt wird, dessen Beheizung von außen vorgenommen wird, wobei die Aufheizgeschwindigkeit derart begrenzt wird, daß ein nennenswerter Staubaustrag infolge der eruptiven Ober flächenbewegung der obersten Schicht vermieden wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizgeschwindigkeit nach Maßgabe der Vermeidung des Staubaustrages durch die Oberflächeneruptionen umgekehrt proportional zur Dicke der Schichtweisen Lagen gewählt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung mit je einer Koksgrusschicht und einer darauf folgenden Staubschicht auf ein heißes Festbett gegeben wird, sowie eine jeweils vorangegangene Schicht des Staubes mit der Agglomeration einsetzt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung bis zur wenigstens teilweisen Reduktion der Metalloxyde durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das sich durch Reduktion bildende Metall und die zu Schlacke geschmolzenen Stäube angesammelt werden, während die einzelnen Schichtlagen aufeinanderfolgend aufgebracht werden, und daß die Charge anschließend nach Schlacke und Metall getrennt abgegossen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des flüssigen Metalls beim Abgießen im Ofengefäß verbleibt, auf welches flüssige Metall der folgende Einsatz aufgebracht wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Drehherdofen ausgeführt wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Muffelofen ausgeführt wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem elektrisch beheizten Herdofen ausgeführt wird.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem außenbeheizten Tiegel ausgeführt wird.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem kernlosen, induktiv beheizten Tiegel ausgeführt wird.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das sich bei der Behandlung bildende Kohlenmonoxyd aufgefangen und verbrannt wird.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das sich bei der Behandlung bildende Kohlenmonoxyd aufgefangen und für die Beheizung des Ofengefäßes verbrannt wird.