DE3826824C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.

Ferrochrom ist eine Legierung, die aus 20 bis 70% Chrom, 0,02 bis 10% Kohlenstoff, 0,05 bis 5% Silizium, Rest Eisen sowie den üblichen Verunreinigungen besteht.

Ferrochrom wird durch Schmelzreduktion von eisenhaltigen Chromerzen, insbesondere Chromeisenstein, mit Kohle nach der Gleichung

FeCR₂O₄ + 4 C = Fe + 2 Cr + 4 CO

gebildet. Die Schmelzreduktion wird entweder mit einem stückigen Erz-Koks-Gemisch oder Erz-Pellets und Koks oder mit vorreduzierten Erz-Feinkoks- Pellets und Koks insbesondere im Niederschachtofen oder Elektroofen durchgeführt, wobei Legierungen mit unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt entstehen. Ferrochrom wird bei der Herstellung von Chromstählen als Vorlegierung verwendet. Der sehr häufig unerwünscht hohe Kohlenstoffgehalt der Ferrochromlegierungen kann durch Frischen der Legierungen oder durch Frischen des aus ihnen hergestellten Chromstahls herabgesetzt werden. Chromerze bestehen im allgemeinen aus 20 bis 50% Cr₂O₃, 20 bis 40% FeO und 10 bis 70% Gangart. Es ist schwierig, vor der Verhüttung der Erze die Gangart zumindest teilweise abzutrennen, so daß der hohe Gangartanteil bei den bekannten Schmelzreduktionsverfahren als flüssige Schlacke von den erzeugten Ferrochromlegierungen abgetrennt werden muß. Da bei diesem Verfahren im Reduktionsgut neben der hochschmelzenden Gangart des Erzes noch erhebliche Cr₂O₃-Anteile vorhanden sind, haben die entstehenden Schlacken einen hohen Schmelzpunkt, und es müssen trotz Zusatz von Flußmitteln Schmelztemperaturen von über 1750°C eingestellt werden, um das Chromoxid aus der flüssigen Schlacke weitgehend reduzieren und die Chromverluste bei niedriger Schlackenviskosität möglichst gering halten zu können. Die bei der Schmelzreduktion erforderlichen hohen Temperaturen verursachen einen unerwünscht hohen Energieverbrauch.

Um den Reduktions- und den Schmelzprozeß bei niedrigen Temperaturen unter Verwendung von Kohlenstoff als Reduktionsmittel und als Lieferant der Schmelzwärme durchführen zu können, wird in der DE-PS 33 47 686 bei dem eingangs genannten Verfahren vorgeschlagen, die Schlackebildner CaO und/oder MgO sowie Al₂O₃ und/oder SiO₂ in einer solchen Menge zuzugeben, daß in der Drehofenschlacke ein (CaO+MgO)/(Al₂O₃+SiO₂)- Verhältnis von 1 : 1,4 bis 1 : 10 vorliegt und das Al₂O₃/SiO₂-Verhältnis 1 : 0,5 bis 1 : 5 beträgt, daß das dem Drehofen entnommene Reaktionsprodukt bis zu einem Teilchendurchmesser von weniger als 25 mm zerkleinert wird, daß das zerkleinerte Reaktionsprodukt durch Dichtetrennung und/oder Magnetscheidung in eine in den Drehofen zurückzuführende kohlehaltige Fraktion, mindestens eine metallhaltige schlackenreiche Fraktion und eine in einen Schmelzofen zu fördernde Legierungsfraktion getrennt wird und daß das Erschmelzen der Legierungsfraktion in einem Schmelzofen bei Temperaturen von 1600 bis 1700°C durchgeführt wird. Durch das abschließende Schmelzen wird die Trennung von Schlacke und Metall vervollständigt.

Um eine Magnetscheidung wirkungsvoll anwenden zu können, wird weiterhin vorgeschlagen, das dem Drehofen entnommene Reaktionsprodukt bis auf eine Temperatur unterhalb der Curietemperatur des Ferrochroms abzukühlen, wo der Austrag ferromagnetische Eigenschaften annimmt. Der abgekühlte Austrag muß vor der Magnetabscheidung zur Zerkleinerung noch einem Brecher zugeführt werden. Die noch metallhaltige Schlackenphase sowie die Metallphase werden schließlich einem Schmelzofen zugeführt, in den zur Absenkung des Schwefelgehaltes noch zusätzlich Staubkalk, z. B. 8 kg CaO pro Minute zugegeben werden, damit die notwendige Entschwefelung auf 0,01% gewährleistet ist. Das vorbeschriebene Verfahren ist aufwendig und erfordert einen dementsprechenden apparativen Aufbau.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs genannte Verfahren und die Vorrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, daß ohne Qualitätsminderung des Produktes energiesparender und unter Einsatz eines weniger aufwendigen apparativen Aufwandes gearbeitet werden kann. Dabei soll verhindert werden, daß das dem Drehofen entnommene Material zu großen Agglomeraten zusammenbackt und die Zwischenbehälter bzw. Förderer dann nicht mehr entleert werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß der Drehofenaustrag während und/oder nach dem Austrag aus dem Drehofen mit kalten Zuschlägen, die für den Schmelzprozeß notwendig sind, vermengt wird, und dabei die Reaktionsprodukttemperatur so weit abgesenkt wird, daß der Drehofenaustrag vom teigigen in den festen Zustand übergeht.

Vorteilhafterweise muß bei diesem Verfahren keine Energie dafür aufgewendet werden, das den Drehofen verlassende Material zu kühlen und zu zermahlen, damit eine Dichte- und/oder Magnetabscheidung durchgeführt werden kann. Vielmehr wird die Energie, die dem aus dem Drehofen ausgetragenen Material innewohnt, dazu verwendet, die kalten, d. h., mit Umgebungstemperatur zugeführten Zuschläge zu erwärmen und die bei endothermen Reaktionen benötigte Energiemenge bereitzustellen. Durch das Mischen wird gleichzeitig die Agglomeratbildung verhindert.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung wird das Reaktionsprodukt vor dem Erschmelzen mittels der für den Schmelzprozeß notwendigen Zuschläge auf 600 bis 1000°C, vorzugsweise 700 bis 1000°C abgekühlt. Die bei der Abkühlung verlorene Energie wird sowohl zur Aufwärmung als auch zur erforderlichen Dekarbonisierung des bevorzugt verwendeten Kalksteins und/oder Rohdolomits als Zuschlag verwertet. Bevorzugt wird Kalkstein und/oder Rohdolomit in einer spezifischen Menge von 150 bis 500 kg/t Drehofenaustrag zugegeben.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die genannten Zuschläge und der Drehofenaustrag in einer mit feuerfestem Material ausgebildeten Rolliertrommel zu einem rieselfähigen körnigen Gemisch mit einer Korngröße von 0 bis 100 mm, vorzugsweise 10 bis 100 mm Durchmesser vermengt. Die genannte Körnigkeit wird in Abhängigkeit von weiteren Verfahrens- und Anlagenparametern dadurch erreicht, daß die Rolliertrommel mit einer Umlaufzahl von 1 bis 10 U/min, vorzugsweise von 3 bis 7 U/min, gedreht wird.

Nach dem Stand der Technik liegt das Verhältnis (Al₂O₃+SiO₂)/(CaO+MgO) in dem vorreduzierten Material zwischen 1,4 und 10 bis einem Verhältnis SiO₂/Al₂O₃ von 0,5 bis 5. Die Schlackenphase reagiert somit stark sauer. Um beim Einschmelzen den Schwefelgehalt in der Metallphase auf z. B. 0,03% abzusenken, werden nach einer Weiterbildung der Erfindung Zuschläge in einer Menge zugegeben, die ausreichend ist, um beim anschließenden Einschmelzen eine Schlacke mit einer Basizität (CaO +MgO)/SiO2 von mehr als 1,1, vorzugsweise ca. 1,5 einzustellen.

Vorzugsweise wird das aus der Rolliertrommel ausgetragene Material ohne weitere Abkühlung, also mit einer Temperatur von 600 bis 1000°C, z. B. mittels Chargierbehältern, heiß in einen Schmelzofen, vorzugsweise Elektroofen, aufgegeben.

Die auf die Vorrichtung bezogene Aufgabe wird durch die im Anspruch 10 aufgeführten Merkmale gelöst. Bei dieser Anordnung werden vor allem Zerkleinerer, Abscheider, Kühlvorrichtungen und die jeweils dazwischen erforderlichen Förderer eingespart.

Nach einer Weiterbildung der Vorrichtung nach der Erfindung ist der Rolliertrommelaustrag mit einem umkleideten Schacht verbunden, dessen Austragsöffnung oberhalb einer verfahrbaren Chargiervorrichtung liegt. Hiermit ist ein praktisch geschlossenes System geschaffen, welches geringstmögliche Energieverluste aufweist.

Um zu verhindern, daß sich bei einer Störung im Austrag des genannten Schachtes Material anhäuft und gegebenenfalls zu Schädigungen führt, besitzt der Schacht einen Überlauf, der in eine kühlbare Trommel mündet. Am einfachsten ist es, zur Kühlung Wasser zu verwenden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Vorreduzierung in einem Drehofen wird hinreichend in der DE-PS 33 47 686 beschrieben, so daß bis auf die nachfolgend diskutierten Abweichungen im wesentlichen hierauf Bezug genommen werden kann. Verfahrenstechnisch bevorzugte Heizmöglichkeiten sind ferner in der DE-PS 34 22 267 und der DE-PS 35 18 555 wiedergegeben.

Die Vorrichtung besteht aus einem Drehofen 10, aus dem das Reaktionsprodukt 11 in eine Rolliertrommel 12 geführt wird, deren Austragsende mit einem umkleideten Schacht 13 verbunden ist. Ein verschließbarer Schachtauslauf 13 a am unteren Ende des Schachtes 13 ermöglicht die dosierte Abfüllung in einen verfahrbaren Heißchargierbehälter 14. Der Schacht 13 besitzt ferner einen seitlich abstehenden Überlauf 15, der in eine Trommel 16 für eine Notkühlung mündet. Etwa dort eingeleitete Materialien können über einen Auslauf auf ein Transportband 17 gegeben werden.

Das in dem Drehofen 10 befindliche eisenhaltige Chromerz wird durch die Verbrennung feinkörniger Kohle beheizt, die über eine Brennerlanze 18 in den Drehofen 10 geführt wird. Die Beheizung des Drehofens 10 erfolgt im Gegenstrom zu den vorzugsweise vorgewärmten Rohstoffen und der Kohle. Im Drehofen 10 wird eine Temperatur von 1510 bis 1560°C eingestellt, bei der das aus eisenhaltigen Chromerzen, dem Kohlenstoff und den Schlackebildnern bestehende Reduktionsgut einen teigigen Zustand annimmt, indem es zur Bildung von kleineren Metalltröpfchen und zur Agglomeration mehrerer Teilchen des Reduktionsgutes kommt. Allerdings tritt im Drehofen 10 noch keine Trennung der metallischen Phase und der Gangart ein. Den im Drehofen drohenden Anbackungen kann dadurch vorgebeugt werden, daß der Drehofen mit einer Magnesitzustellung ausgerüstet wird, die Zusätze von Chromoxid und/oder Kohle und/oder Teer enthält. In der unteren, im Bild links dargestellten Zone des Drehofens 10, in der das Reduktionsgut eine Temperatur von mindestens 1200°C aufweist, wird das zur Schlackebildung benötigte SiO₂ eingebracht, und zwar in einer Menge, wie es zur Erzeugung eines teigartigen Zustandes notwendig ist. Diese Menge kann berechnet oder durch Versuche ermittelt werden. Der Austrag des Drehofens 10, das Reaktionsprodukt 11, wird mit Kalkstein und/oder Rohdolomit 20 als Zuschläge vermengt, der über eine dosierbare Zugabevorrichtung 19 eingegeben wird.

Die Zugabe der Zuschläge 20 erfolgt bevorzugt, wie in der Zeichnung dargestellt, in dem Bereich über einer Rutsche 21, über die das Reaktionsprodukt 11 den Drehofen verläßt. Die Zugabe kann, z. B. bei einer anderen Anordnung, jedoch auch unmittelbar in die Rolliertrommel 12 erfolgen. Über die Rutsche 21 gelangen die genannten Zuschläge 20 und das Reaktionsprodukt 11 in eine Rolliertrommel 12, die mit feuerfesten Steinen ausgemauert ist und mit einer Umlaufgeschwindigkeit bewegt wird, die einer Drehzahl von 1 bis 10 U/min entspricht. Durch diese Drehbewegung wird eine hinreichende Vermengung der Zuschläge mit dem Reaktionsprodukt erreicht, wobei der Kalkstein und/oder der Rohdolomit gleichzeitig dem Reaktionsprodukt 11 die zur Aufwärmung verbrauchte als auch die zur Dekarbonisierung erforderliche Reaktionsenergie entzieht. Insgesamt kühlt der Drehofenaustrag, das Reaktionsprodukt 11, auf eine Temperatur zwischen 600 und 100°C ab. Gleichzeitig heizen sich die Zuschläge 20 auf die gleiche Temperatur auf. Es bildet sich ein Gemenge, in dem der Drehofenaustrag vom teigigen Zustand in einen festen Zustand übergeht. Durch die Rollierbewegung in der Trommel 12 brechen größere Stücke auf, und aus der Trommel wird ein körniges Material mit einer Korngröße von höchstens 100 mm Durchmesser ausgetragen, das über den Schacht 13 und den Schachtauslauf 13 a in einen Heißchargierbehälter 14 abgefüllt werden kann. Mittels des Heißchargierbehälters 14 wird das Gemisch dann unmittelbar einem nicht gezeigten Elektroofen zugeführt.

Für den Schmelzprozeß wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren keine größere Energiemenge benötigt, als wenn die Zuschläge wie bei bekannten Verfahren direkt im Schmelzaggregat zugegeben und der Drehofenaustrag mit seiner Ursprungstemperatur von 1200 bis 1500°C chargiert worden wäre. Letzteres ist allerdings wegen der Gefahr des zusammenbackenden Materials und der zerstörischen Wirkung des heißen Materials praktisch technisch nicht möglich. Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren - vorzugsweise im Zusammenwirken mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung - das notwendige Abkühlen des Drehofenaustrags mittels der für die Aufwärmung und Dekarbonisierung notwendigen Energie der Zuschläge für den Schmelzprozeß. Damit wird der integrale Energieinhalt des Materialgemenges, das im Schmelzaggregat zum Einsatz kommt, nicht verändert, wohl aber die Tempertur der einzelnen Komponenten des Gemenges. Durch die Abkühlung des Drehofenaustrags geht somit keine Energie für den anschließenden Schmelzprozeß verloren.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung von Ferrochrom mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,02 bis 10% aus eisenhaltigen Chromerzen durch Erhitzen eines Gemisches, das aus Chromerzen, Kohle und Schlackebildnern besteht, bei dem ein Erz-Kohle- Verhältnis von 1 : 0,4 bis 1 : 2 eingestellt und die Schlackebildner CaO und/oder MgO sowie Al₂O₃ und/oder SiO₂ zugegeben werden, in einem Drehofen für eine Zeit von 20 bis 240 Minuten in einer CO-haltigen Atmosphäre auf Temperaturen von 1480 bis 1580°C und anschließendes Erschmelzen des Ferrochroms bei Temperaturen von 1600 bis 1700°C aus dem Reaktionsprodukt, das dem Drehofen vor dem Erschmelzen entnommen und abgekühlt worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehofenaustrag während und/oder nach dem Austrag aus dem Drehofen mit kalten Zuschlägen, die für den Schmelzprozeß notwendig sind, vermengt wird und dabei die Reaktionsprodukttemperatur so weit abgesenkt wird, daß der Drehofenaustrag vom teigigen in den festen Zustand übergeht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehofenaustrag vor dem Erschmelzen mittels der für die Aufwärmung und Dekarbonisierung für den Schmelzprozeß notwendigen Zuschläge auf 600 bis 1000°C, vorzugsweise 700 bis 1000°C abgekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuschläge Kalkstein und/oder Rohdolomit zugegeben werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kalkstein und/oder Rohdolomit in einer spezifischen Menge von 150 bis 500 kg/t Drehofenaustrag zugegeben werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschläge und der Drehofenaustrag in einer mit feuerfestem Material ausgekleideten Rolliertrommel zu einem rieselfähigen, körnigen Gemisch vermengt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Rolliertrommel ein körniges Material einer Korngröße von 0 bis 100, vorzugsweise 10 bis 100 mm Durchmesser ausgetragen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolliertrommel mit einer Umlaufgeschwindigkeit entsprechend einer Drehzahl von 1 bis 10 U/min, vorzugsweise 3 bis 7 U/min gedreht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschläge in einer Menge zugegeben werden, die ausreichend ist, um beim anschließenden Einschmelzen eine Schlacke mit einer Basizität (CaO+MgO)/SiO₂ von größer 1,1 einzustellen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Rolliertrommel ausgetragene Material ohne weitere Abkühlung in einen Schmelzofen, vorzugsweise einen elektrisch beheizten Ofen, aufgegeben wird.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 unter Verwendung eines gegenstrombeheizten Drehofens, dadurch gekennzeichnet, daß dem Drehofen (10) eine Rolliertrommel (12) nachgeschaltet ist, deren Austragsende oberhalb eines Heißchargierbehälters (14) liegt, und daß zwischen der Drehofenaustragsöffnung und der Rolliertrommel (12) die Aufgabe der basischen Zuschläge mittels einer dosierbaren Zugabevorrichtung (19) erfolgt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Austragsendes der Rolliertrommel (12) ein umkleideter, feuerfester Schacht (13) mit einer unteren Auslauföffnung (13 a) vorgesehen ist, die oberhalb eines vorzugsweise verfahrbaren Chargierbehälters (14) liegt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht (13) einen seitwärts abstehenden Überlauf (15) besitzt, der zu einer vorzugsweise mit Wasser kühlbaren Trommel (16) führt.