DE3887838T2

DE3887838T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Schmelzreduktion von Eisenerzen.

Info

Publication number: DE3887838T2
Application number: DE3887838T
Authority: DE
Inventors: Shigeru C O Patent Licen Inoue; Katsuhiro C O Patent L Iwasaki; Masahiro C O Patent L Kawakami; Kenji C O Patent Lic Takahashi; Haryoshi C O Patent Lic Tanabe; Osamu C O Patent Licens Terada; Kenzo C O Patent Licens Yamada
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1987-11-30
Filing date: 1988-11-28
Publication date: 1994-07-07
Anticipated expiration: 2008-11-29
Also published as: ATE101655T1; KR900008050A; DE3887838D1; AU608091B2; EP0318896A2; CA1337241C; EP0318896A3; KR910006037B1; US5065985A; US5000784A; BR8806278A; EP0318896B1; AU2491688A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Schmelzreduktion von Eisenerz, und insbesondere auf ein Verfahren, bei dem kohlenstoffhaltiges Material sowohl als Brennstoffals auch als ein Reduktionsmittel für das in einem Blasstahlkonverter zu schmelzende und zu reduzierende Eisenerz verwendet wird, und auf eine Vorrichtung dafür.
Das Verfahren zur Schmelzreduktion ist kürzlich als Ersatz für ein Verfahren zur Hochofen-Roheisenerzeugung entwickelt worden, um einige Nachteile zu überwinden, die darin liegen, daß das Verfahren zur Hochofen- Roheisenerzeugung nicht nur hohe Kosten für die Anlagen, sondern auch eine umfangreiche Fläche für die Anlagen benötigt.
Bei einem bekannten Verfahren zur Schmelzreduktion wird Eisenerz mittels eines Abgases vorreduziert und dann wird das vorreduzierte Eisenerz zusammen mit kohlenstoffhaltigem Material und Schmelzmittel in einen Schmelzreduktionsofen eingefüllt. Des weiteren wird Sauerstoffgas und Rührgas in den Schmelzreduktionsofen eingeblasen. Auf diese Weise wird das kohlenstoffhaltige Material dank dem vorher eingefüllten schmelzflüssigen Metall geschmolzen und zur gleichen Zeit wird C, der in dem kohlenstoffhaltigen Material enthalten ist, durch das Sauerstoffgas oxidiert. Durch die bei dieser Oxidation erzeugte Wärme wird das Erz geschmolzen und mittels in dem kohlenstoffhaltigen Material enthaltenen C reduziert. CO-Gas, das in dem schmelzflüssigen Metall erzeugt wird, wird durch das im Übermaß eingeblasene Sauerstoffgas in CO&sub2;-Gas nachverbrannt. Die fühlbare Wärme dieses CO&sub2;-Gases wird auf Schlacke und auf Eisenpartikel in der Schlacke, die die Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls bedecken, und dann auf das schmelzflüssige Metall übertragen.
Auf diese Weise wird das Eisenerz zu schmelzflüssigem Metall reduziert. Bei diesem Verfahren wird, um die Belastung des Reduktionsverfahrens in einem Schmelzreduktionsofen leichter zu machen, Eisenerz beispielsweise bei einem Reduktionsgrad von 60 bis 75% vorreduziert, bevor das Eisenerz in den Schmelzreduktionsofen eingefüllt wird, wie in einer japanischen geprüften Patentveröffentlichung Nr. 43406/86 offenbart ist. Als Ergebnis wird ein Abgas aus dem Schmelzreduktionsofen zu einem niedrig oxidierten Gas, das hochreduzierend ist und eine große Menge des Abgases wird zwangsweise benötigt.
Wenn das Eisenerz vor seinem Einfüllen in den Schmelzreduktionsofen bei einem Verhältnis von zumindest 30% zum Zwecke der Erleichterung der Belastung des Reduktionsverfahrens des Schmelzreduktionsofens vorreduziert wird, muß ein Oxidationsgrad (nachfolgend als "OD" bezeichnet) des Abgases aus dem Schmelzreduktionsofen, wo der OD durch die Formel "(H&sub2;O + CO&sub2;) / (H&sub2; + H&sub2;O + CO + CO&sub2;)" dargestellt wird, gesenkt werden. Als Ergebnis wird die Menge des Abgases notwendigerweise vergrößert, wie beispielsweise in der japanischen geprüften Patentveröffentlichung Nr. 43406/86 gezeigt ist. Diese Zunahme des Abgases erhöht selbstverständlich die Herstellungskosten. Folglich wird, um das hohe Vorreduktionsverhältnis des Eisenerzes zu erhalten, das Abgas mit einem niedrigen OD, wie oben erklärt, benötigt, und die Verweilzeit des Eisenerzes in dem Vorreduktionsofen muß noch länger werden als jene in dem Schmelzreduktionsofen. Daher wird es schwierig, das Gleichgewicht der Zyklen des Befüllens des vorreduzierten Eisenerzes und des Abführens des erzeugten schmelzflüssigen Metalls zu steuern. Dies hat notwendigerweise zur Folge, daß der Steuerbereich in dem Schmelzreduktionsofen deutlich beschränkt werden muß.
Um des weiteren die Schmelzgeschwindigkeit von Eisenerz anzuheben und die Beschleunigung der Reduktion des Eisenerzes zu erreichen, ist üblicherweise ein Verfahren zum Nachverbrennen von CO-Gas in dem Schmelzreduktionsofen und die Verwendung der daraus erzeugten Wärme angewandt worden, bei dem O&sub2;-Gas für die Nachverbrennung durch Winddüsen zugeführt wird, die an oberen Wänden des Schmelzreduktionsofens angeordnet sind. Jedoch ist bei dem herkömmlichen Verfahren die Eigenwärmeübertragung auf das schmelzflüssige Metall nicht ausreichend, obwohl die Temperatur des Abgases erhöht werden kann, wenn das Verhältnis der Nachverbrennung angehoben wird. Dies hat zur Folge, daß Abgas mit hoher Temperatur abgeführt werden muß. Dieses Verfahren weist darin eine Schwierigkeit auf, daß ein solches Hochtemperaturgas die innere feuerfeste Wand des Schmelzreduktionsofens angreifen wird. Daher war es bis heute eine allgemein vertretene Ansicht, daß der OD des Abgases nicht so weit erhöht werden kann.
Im Lichte der erwähnten Schwierigkeit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Schmelzreduktion von Eisenerz zu schaffen, bei dem eine hohe Wirksamkeit der Wärmeübertragung erzielt wird, die innere feuerfeste Wand gegen den Angriff der Wärme aufgrund des nachverbrannten CO&sub2; gut geschützt ist, eine wirksame Vorwärmung und Vorreduktion erzielt wird und eine vernünftige Betriebsleistung garantiert ist.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Schmelzreduktion von Eisenerz bereitgestellt, das die Schritte enthält:
Vorwärmen und Vorreduzieren von Eisenerz;
Zuführen von vorgewärmtem und vorreduziertem Eisenerz, kohlenstoffhaltigem Material und Schmelzmittel in einen Schmelzreduktionsofen;
Einblasen von Sauerstoffgas durch eine Sauerstoffaufblaslanze, die Düsen zum Entkohlen und Düsen zum Nachverbrennen aufweist, in den Schmelzreduktionsofen, wobei ein Ende der Sauerstoffaufblaslanze zwischen einem oberen Niveau und einem unteren Niveau einer Schlackenschicht angeordnet ist;
Einblasen eines Rührgases durch zumindest eine Seitenwinddüse, die an der Seitenwand des Schmelzreduktionsofens angeordnet ist, und durch zumindest eine Bodenwinddüse, die an der Bodenwand des Reduktionsofens angeordnet ist, so daß zumindest ein Teil des Rührgases, das durch die zumindest eine Seitenwinddüse zugeführt ist, auf einen aufgeblähten Teil des schmelzflüssigen Metalls trifft, der durch das durch die zumindest eine Bodenwinddüse zugeführte Rührgas erzeugt ist;
wobei das Rührgas zumindest eines, das aus der aus Ar, N&sub2;, CO, CO&sub2; bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und ein Prozeßgas ist, das von einer Vorrichtung zum Schmelzen und Reduzieren von Eisenerz erzeugt wird; und
Steuern einer Durchflußmenge des Sauerstoffgases und des Rührgases, die in den Schmelzreduktionsofen eingeblasen werden, so daß der OD eines Innenofengases, das von dem Schmelzreduktionsofen erzeugt wird, sich im Bereich von 0,5 bis 1,0 bewegt, wobei der OD durch die folgende Formel dargestellt ist:
OD = (H&sub2;O + CO&sub2;)/ (H&sub2; + H&sub2;O + CO + CO&sub2;)
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung für das erwähnte Verfahren vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung wie in dem beigefügten Anspruch 11 definiert ist.
Anspruch 11 ist in eine zweiteilige Form unterteilt worden, da der Gegenstand des Oberbegriffs in der EP-A-308925 offenbart ist.
Diese Aufgabe und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlich.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Reduktionsschmelzen von Eisenerz der vorliegenden Erfindung illustriert;
Fig. 2 ist eine Ansicht, die einen Gasdurchfluß in einem Schmelzreduktionsofen illustriert, der einen Teil der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung bildet;
Fig. 3 ist eine Ansicht, die eine Lagebeziehung zwischen Seitenwinddüsen und Bodenwinddüsen der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die den Vergleich zwischen einem OD, der gemäß der vorliegenden Erfindung berechnet ist, und einem OD, der tatsächlich gemessen ist, zeigt;
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die ein Verhältnis einer Wärmeübertragungswirksamkeit zu einer Niveauhöhe einer Sauerstofflanze der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die ein Verhältnis einer Wärmeübertragungswirksamkeit zu einem seitlichen Einblasgas der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Erfinder haben einige Erkenntnisse erlangt auf Grundlage des Studiums der Arbeitsweise des Schmelzreduktionsofens und der Maßnahmen, die spezifisch auf Verbesserungen bei der Wärmeübertragungswirksamkeit und auf die Beschleunigung der Reduktion von Eisenerz reagieren.
1. Gemäß dem grundlegenden Konzept im Stand der Technik, wie es oben erwähnt wurde, kann das Nachverbrennungsverhältnis wegen der technologischen Grenze beim Verbessern der Wärmeübertragungswirksamkeit und der Beschädigung der inneren Wände des Schmelzreduktionsofens aufgrund von Nachverbrennungsüberhitzung nicht sehr verbessert werden. Falls Sauerstoffgas in eine Schlackenschicht geblasen wird und zur gleichen Zeit die Schlacke stark gerührt wird, so daß die Nachverbrennung hauptsächlich innerhalb der Schlackenschicht ausgeführt wird, kann jedoch der hohe Nachverbrennungsgrad erhalten werden, wobei die hohe Wärmeübertragungswirksamkeit beibehalten wird. Dank des hohen Nachverbrennungsgrades werden somit Schlacke und Einschlüsse von schmelzflüssigem Metall, die in Schlacke enthalten sind, gut mit Hitze versorgt, so daß die Reduktion von Eisenerz durch C, der in der unten angegebenen Formel dargestellt ist, effizient voranschreitet, wobei C Kohlenstoff bedeutet, der in dem schmelzflüssigen Metall in Form von Metalltröpfchen oder als Metallbad enthalten ist.
Fe&sub2;O&sub3; + 3C → 2Fe + 3CO
2. In dem Verfahren des Standes der Technik gibt es einige Beispiele, bei denen Sauerstoffeinblasung am Boden während des gesamten Reduktionsvorganges oder einer gewissen Zeitdauer davon ausgeführt wird. Eine solche Sauerstoffbodeneinblasung ist für den hohen Nachverbrennungsgrad nachteilig. Und zwar wird, wenn die Sauerstoffbodeneinblasung ausgeführt wird, eine große Menge an CO-Gas in dem schmelzflüssigen Metall erzeugt und das schmelzflüssige Metall wird stark umgerührt. Als Ergebnis gehen Spritzer des schmelzflüssigen Metalls in eine Nachverbrennungszone und in dem verspritzten schmelzflüssigen Metall enthaltenes C reagiert mit dem Sauerstoffgas, wodurch das Nachverbrennungsverhältnis gesenkt wird. Folglich ist es notwendig, die Sauerstoffbodeneinblasung unabhängig von der Zeitdauer des Einblasens zu vermeiden.
Auf der Basis dieses Wissens und dieser Erfahrungen ermöglicht die vorliegende Erfindung einen effizienten Reduktionsvorgang bei Einstellung der folgenden Bedingungen:
(a) Seiteneinblasen und Bodeneinblasen von Rührgas wird kombiniert, so daß schmelzflüssiges Metall aktiv in die Zone diffundiert wird, wo Eisenerz in einer Schlackenschicht vorhanden ist, und die Reduktionsarbeit von Eisenerz wird durch in dem schmelzflüssigen Metall enthaltenen C gefördert.
(b) Entkohlungsdüsen und Nachverbrennungsdüsen sind in einer Sauerstofflanze zum Einblasen von oben angeordnet und Sauerstoffgas wird dort hindurch eingeblasen, so daß ein vorgegebener OD-Wert erreicht oder übertroffen wird. Das durch die Nachverbrennungsdüsen eingeblasene Sauerstoffgas wird in die Schlackenschicht eingeführt, um in der Schlackenschicht eine Zone zu bilden, in der die Nachverbrennung ausgeführt wird. Die Schlackenschicht wird sowohl durch ein Einblasgas von der Seite als auch durch ein Einblasgas von oben stark umgerührt. Auf diese Weise wird die durch die Nachverbrennung erzeugte Wärme auf das Eisenerz übertragen.
(c) Als Rührgas, das sowohl durch die Seitenwand wie auch durch die Oberwand geblasen wird, wird zumindest eines, das aus der aus Ar, N&sub2;, CO, CO&sub2; bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und ein Prozeßgas verwendet, so daß der Nachverbrennungsgrad nicht absinkt. Sauerstoffgas wird zu diesem Zweck nicht verwendet.
Zusätzlich zu dem Vorangehenden wird bei der vorliegenden Erfindung pulverförmiges, kohlenstoffhaltiges Material, Heizöl oder Dampf durch einen oberseitigen Wandabschnitt oder einen oberen Abschnitt der Seitenwände des Schmelzreduktionsofens, durch ein Gasauslaßrohr für Abgas, das an dem Reduktionsofen vorgesehen ist, oder durch Gasverbesserungswinddüsen bei einem Vorwärme- und Vorreduktionsofen eingeblasen. Dieses Blasen verbessert Gase, die in den Schmelzreduktionsöfen erzeugt werden, um einen OD des erzeugten Gases im Ofen zu senken, und jene verbesserten Gase tragen zu einem hohen Vorreduktionsgrad bei. Die Temperatur des Abgases wird vorzugsweise in einem Bereich von 300 bis 1300ºC gesteuert. Falls die Temperatur niedriger als 300ºC ist, ist kein Vorwärmeeffekt zu erwarten und zusätzlich ist zu befürchten, daß das Problem mit Teer während des Gasverbesserungsprozesses auftritt. Im Gegensatz dazu gibt es, falls die Temperatur über 1300ºC liegt, ein Problem mit der Wärmebeständigkeit in der Anlage. Des weiteren ist es für die Wärmebeständigkeit der Anlage auch vorteilhaft, die Temperatur mittels Gasverbesserung zu senken.
Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Schmelzreduktion von Eisenerz gemäß der vorliegenden Erfindung wird jetzt unter spezifischer Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 illustriert ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Schmelzreduktion von Eisenerz gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 1 bedeuten zwei M (jeweils in einem Kreis dargestellt), daß das eine M mit dem anderen verbunden ist, und zwei N (jeweils in einem Kreis dargestellt), daß das eine N mit dem anderen verbunden ist. In einem Schmelzreduktionsofen 10 werden ein schmelzflüssiges Metallbad 11 und eine Schlackenschicht 12 gebildet. Der Schmelzreduktionsofen weist eine obere Sauerstoffeinblaslanze 21 auf, die von oben senkrecht in ihn eingefügt ist. Am Ende der Sauerstoffeinblaslanze sind Entkohlungsdüsen 22 und Nachverbrennungsdüsen 23 angeordnet, um Sauerstoffgas in den Ofen 10 einzublasen. In Seitenwänden und in einer Bodenwand des Ofens 10 ist eine Seitenwinddüse 25 bzw. eine Bodenwinddüse 26 angeordnet, durch die ein Gas als Rührgas eingeblasen wird. Das Gas ist zumindest eines, das aus der aus Ar, N&sub2;, CO, CO&sub2; bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und ein Prozeßgas. Das Prozeßgas ist ein Gas, das von einer Vorrichtung zum Schmelzen und Reduzieren von Eisenerz gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt wird.
In oberen Teilen des Ofens 10 ist eine erste Rinne 13 und eine zweite Rinne 14 angebracht. Durch die erste Rinne 13 werden kohlenstoffhaltiges Material und Schmelzmittel, die von einem üblichen Materialzuführer (aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt) zugeführt werden, und durch die zweite Rinne 14 wird Eisenerz, das in einem Vorwärme- und Vorreduktionsofen 30 vom Fließbett-Typ schon vorreduziert ist, jeweils durch Schwerkraft in den Schmelzreduktionsofen zugeführt. Ein Gasauslaßrohr 15 für ein Abgas, das vom Ofen 10 abgeführt wird, ist daran befestigt. Es wird angemerkt, daß anstelle des Vorwärme- und Vorreduktionsofen vom Fließbett-Typ einer vom Typ eines Schachtofens verwendet werden kann, der eine hohe Wärmewirksamkeit aufweist, oder durch einen Drehrohrofen, der eine Reduzierung der Anlagenkosten und einen leichten Betrieb ohne jegliche Hindernisse für die Leistungsfähigkeit der vorliegenden Erfindung gestattet.
In oberen Teilen des Gasauslaßrohres sind eine oder mehrere Gasverbesserungswinddüsen 9 angeordnet, durch die pulverförmiges kohlenstoffhaltiges Material, Heizöl oder Dampfals ein Gasverbesserungsmittel geblasen wird, das das Abgas in ein Gas verbessert, das einen niedrigen OD-Wert aufweist. Des weiteren ist ein Heißzyklon 31, in den ein Abgas vom Schmelzreduktionsofen 10 geführt wird und der Staub vom Abgas entfernt wird, ohne daß die große Wärme des Abgases verloren geht, ein Vorwärme- und Vorreduktionsofen 30, in den das Abgas zugeführt wird und der das Eisenerz mittels dem zugeführten Abgas vorwärmt, und ein Separator 35 vorgesehen, der das Abgas von dem Vorwärme- und Vorreduktionsofen aufnimmt und feine Partikel des Eisenerzes, die in dem Abgas enthalten sind, entfernt. Es ist auch eine Druckeinrichtung 27 vorgesehen, die die feinen Partikel des Eisenerzes, die von dem Eisenerz in dem Separator 35 getrennt worden sind, mit einem Trägergas vermischt, um eine Mischung zu bilden, und die einen Druck auf die Mischung ausübt. Die Mischung wird in den Ofen 10 durch Seitenwinddüsen 25 und Bodenwinddüsen 26 eingeblasen. Ein Umschaltventil 41 und ein Abschaltventil 42 sind vorgesehen, um das Abgas, das vom Separator 35 erzeugt wird, als ein Prozeßgas zu verwenden. Es wird angemerkt, daß ein Teil der feinen Partikel des Eisenerzes auch zu dem Vorwärme- und Vorreduktionsofen 30 als vorzuwärmendes und vorzureduzierendes Eisenerz zurückgeführt werden kann, obwohl dies in Fig. 1 nicht gezeigt ist. In Anbetracht der Verwendung von Wärme ist es weiterhin wirkungsvoll, einen Vorwärmer anstatt des Separators 35 anzuordnen und das Eisenerz vorzuwärmen. Als Trägergas kann ein aus der aus Ar, N&sub2;, CO, CO&sub2; bestehenden Gruppe ausgewähltes Gas und ein Prozeßgas verwendet werden.
Als Zweites wird ein Verfahren zur Schmelzreduktion von Eisenerz erklärt, das in einer Vorrichtung zur Schmelzreduktion verwendet wird, wie sie vorangehend erklärt worden ist. Eisenerz wird als Rohmaterial in den Vorwärme- und Vorreduktionsofen 30 von dem Materialzuführer (nicht dargestellt) zugeführt und, nachdem das Eisenerz in dem Ofen 30 vorgewärmt und vorreduziert wurde, wird es durch die zweite Rinne 14 durch Schwerkraft in den Schmelzreduktionsofen 10 zugeführt. Kohlenstoffhaltiges Material und Schmelzmittel werden ebenso durch die erste Rinne 13 durch Schwerkraft in den Ofen 10 zugeführt. In dem Schmelzreduktionsofen werden ein schmelzflüssiges Metallbad 11 und eine Schlackenschicht 12 gebildet. Ein Innenofengas, das vom Schmelzreduktionsofen 10 in der Schlackenschicht 12 erzeugt wird, erhöht seinen OD durch eine Innenofenreaktion, die nachfolgend im Detail erklärt wird. Das Innenofengas steigt durch die Gasauslaßleitung 15 in Richtung zum Vorreduktionsofen 30 auf, und dieses Innenofengas, das ein Abgas ist, kommt mit einem Gasverbesserungsmittel zusammen, das vorgesehen ist, um in das Gasablaßrohr 15 durch eine Gasverbesserungswinddüse 9 eingeblasen zu werden, die an oberen Abschnitten des Gasauslaßrohres 15 angeordnet ist. Diese Verbesserung des Abgases wird auch nachfolgend im Detail beschrieben.
Der OD des Innenofengases, dargestellt durch die unten angegebene Formel, der aufgrund der Innenofenreaktion vergrößert worden ist, wird mittels des Gasverbesserungsmittels verringert:
OD = (H&sub2; + CO&sub2;)/(H&sub2; + H&sub2;O + CO + CO&sub2;) (1)
Das auf diese Weise in seiner Qualität verbesserte Innenofengas wird als ein Abgas in den Vorwärme- und Vorreduktionsofen 30 zugeführt. Das Eisenerz wird in dem Vorwärme- und Vorreduktionsofen vorgewärmt und vorreduziert, und dann wird es durch die zweite Rinne 14 in den Schmelzreduktionsofen zugeführt. In der Zwischenzeit strömt das Abgas in den Separator 35 und, nachdem feine Partikel von Eisenerz von dem Abgas in dem Separator getrennt worden sind, strömt das Abgas weiter durch Betätigung des Umschaltventils 41 und des Abschaltventils 42 auf einem von zwei Strömungswegen. Einer der zwei Wege ist derjenige, daß das Abgas durch eine normale Gassaugzuganlage abgeführt wird und der andere Weg ist, daß das Abgas als ein Prozeßgas verwendet wird, das durch die Seitenwinddüsen 25 und die Bodenwinddüsen 26 in den Ofen 10 eingeblasen wird, so daß es ein Rührgas oder ein Trägergas ist. Weiterhin kann dieses Abgas in das Gasauslaßrohr 15 geführt werden, so daß es mit dem Innenofengas gemischt wird, das von dem Schmelzreduktionsofen abgeführt wird, und es kann zum Steuern einer Temperatur eines Gases verwendet werden, das in den Vorwärme- und Vorreduktionsofen 30 zugeführt wird.
Jetzt wird unter spezifischer Bezugnahme auf die Zeichnungen der Fig. 2 bis 6 die Beziehung zwischen einer Gaseinblasung in den Schmelzreduktionsofen 10 und eine Innenofenreaktion im Detail untersucht. Fig. 2 illustriert schematisch ein Verhalten eines Gases, das durch Seitenwinddüsen 25 und Bodenwinddüsen 26, wie in Fig. 1 gezeigt, eingeblasen wird. In Fig. 2 zeigen Pfeile 28 und 29, die unterhalb der Sauerstofflanze 21 dargestellt sind, jeweils Richtungen von Sauerstoffgas, das jeweils durch Entkohlungsdüsen 22 und Nachverbrennungsdüsen 23 injiziert wird. DC O&sub2; bezeichnet Sauerstoffgas, das durch die Entkohlungsdüsen eingeblasen wird, und PC O&sub2; bezeichnet Sauerstoffgas, das durch die Nachverbrennungsdüsen eingeblasen wird. Während des Reduktionsvorganges wird der Gaseinblasvorgang durch die Sauerstofflanze 21, die Seitenwinddüse 25 und die Bodenwinddüse 26 von Anfang bis zum
Ende des Vorganges ausgeführt. Die Gaseinblasung durch die Seitenwinddüsen und die Bodenwinddüsen wird gemeinsam ausgeführt, um schmelzflüssiges Metall in Schlacke zu diffundieren, und folglich erhöht die Gaseinblasung drastisch die Reduktionsgeschwindigkeit.
Wie zu Beginn der detaillierten Beschreibung erwähnt worden ist, und auf Basis der Erkenntnis, daß die Reduktion von Eisenerz, das in der Schlackenschicht 12 vorhanden ist, meistens durch Verwendung von C, der im schmelzflüssigen Metall als ein Reduktionsmittel vorhanden ist, voranschreitet, beabsichtigt die vorliegende Erfindung, schmelzflüssiges Metall aktiv in die Zone, wo Eisenerz in einem unteren Abschnitt der Schlackenschicht schwimmt, durch starkes Umrühren zu diffundieren, um die Reduktionsgeschwindigkeit zu heben. Zu diesem Zweck wird ein angeschwollener Teil des schmelzflüssigen Metalls (in Fig. 2 mit A bezeichnet) auf der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls gebildet, indem ein Rührgas durch die Bodenwinddüse 26 und gleichzeitig ein Rührgas durch die Seitenwinddüse 25 eingeblasen wird, so daß zumindest ein Teil des seitlich eingeblasenen Rührgases den Abschnitt A trifft. Durch dieses seitlich eingeblasene Gas wird schmelzflüssiges Metall des angeschwollenen Abschnittes von A in die Schlacke gespritzt. Ein scheinbares spezifisches Gewicht der Schlacke bewegt sich normalerweise im Bereich von 0,1 bis 0,5, während ein spezifisches Raumgewicht des Eisenerzes sich im Bereich von etwa 2 bis 5 bewegt. Folglich schwimmt in der Schlacke enthaltenes Eisenerz 16 konzentriert in einem unteren Teil der Schlackenschicht 12. Wenn der angeschwollene Teil von A des schmelzflüssigen Metalls mittels des seitlich eingeblasenen Rührgases verspritzt wird, wird verspritztes schmelzflüssiges Metall 17 in eine Zone eines unteren Abschnittes der Schlackenschicht 12 diffundiert. In dem verspritzten schmelzflüssigen Metall enthaltener C reduziert das Eisenerz. Somit wird eine hohe Reduktionsgeschwindigkeit erzielt. Um eine solche Wirkung zu erzielen, soll vorzugsweise das seitlich eingeblasene Gas den Abschnitt A des schmelzflüssigen Metalls derart treffen, daß das am Boden eingeblasene Gas und das seitlich eingeblasene Gas sich so weit wie möglich rechtwinklig kreuzen. In der horizontalen Richtung sind die Seitenwinddüsen 25 und die Bodenwinddüsen 26 derart angeordnet, daß sie einer Lagebeziehung, wie sie in (a) oder (b) der Fig. 3 dargestellt ist, genügen.
Fig. 3 (a) illustriert eine Lagebeziehung für den Fall, daß eine Seitenwinddüse 25 und eine Bodenwinddüse 26 verwendet wird, und Fig. 3 (b) illustriert eine Lagebeziehung für den Fall, daß drei Seitenwinddüsen 25 und drei Bodenwinddüsen 26 verwendet werden. In dieser Fig. 3 zeigen Pfeile Richtungen von durch die Seitenwinddüsen 25 eingeblasenem Gas an. Selbstverständlich entspricht die Anzahl und die Lage der Seitenwinddüsen 25 und der Bodenwinddüsen 26 nicht immer nur jener, wie in Fig. 3 gezeigt. Die Anzahl wird in Abhängigkeit von einer Kapazität des verwendeten Schmelzreduktionsofens und von einer Produktionsmenge bestimmt. Des weiteren ist eine große Menge an Gas nötig, das durch sowohl die Seitenwinddüsen 25 als auch die Bodenwinddüsen 26 eingeblasen wird. Die Menge der Gaseinblasung wird in Abhängigkeit von einer Menge an schmelzflüssigem Metall und einer Tiefe des schmelzflüssigen Metalls bestimmt. Zusätzlich zu der Diffusionsarbeit rührt das seitlich eingeblasene Gas einen oberen Teil der Schlackenschicht, wo eine Zone der Nachverbrennung gebildet wird. Dies wird auch hier nachfolgend detailliert beschrieben.
Das Gas, das durch die Seitenwinddüsen 25 und die Bodenwinddüsen 26 eingeblasen wird, ist zumindest eines, das aus der aus N&sub2;, Ar, CO, CO&sub2; bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und ein Prozeßgas. O&sub2;-Gas wird jedoch niemals verwendet. Der Grund dafür ist folgender: Erstens, falls O&sub2;-Gas als das Seiteneinblasgas verwendet wird, bringt dies das grundlegende Problem mit sich, daß die Reduktionsarbeit von C, der in schmelzflüssigem Metall enthalten ist, welches in einen unteren Abschnitt der Schlackenschicht 12 gespritzt worden ist, beeinträchtigt wird. Zweitens, falls O&sub2;-Gas als das Bodeneinblasgas verwendet wird, wird CO-Gas in solcher Menge erzeugt, daß das schmelzflüssige Metall zu stark umgerührt wird. Als Ergebnis gehen Spritzer des schmelzflüssigen Metalls in eine Zone eines oberen Abschnittes der Schlackenschicht und erreichen eine Nachverbrennungszone (durch B in Fig. 2 gezeigt), wo eine Nachverbrennung durch PC O&sub2; stattfindet. Folglich wird die Nachverbrennung beeinträchtigt, da in dem schmelzflüssigen Metall enthaltener C mit O&sub2; reagiert, das für die Nachverbrennung verwendet wird. Weiterhin erhöht die Verwendung von O&sub2;-Gas für die Bodeneinblasung die Temperatur von die Bodenwinddüsen 26 bildendem Feuerfestmaterial so stark, daß Kühlungsgas wie beispielsweise C&sub3;H&sub3; als Zugabe notwendig ist. Diese Zugabe erhöht ebenso die Menge des Bodeneinblasgases und beschleunigt das Auftreten der Spritzer des schmelzflüssigen Metalls im Übermaß.
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die einen Vergleich von Beispielen der vorliegenden Erfindung gegenüber Kontrollbeispielen des Standes der Technik zeigt, wobei die Beispiele N&sub2;-Gas als das Bodeneinblasgas und die Kontrollbeispiele O&sub2;-Gas anstatt des N&sub2;-Gases als das Bodeneinblasgas verwenden. Und zwar korrespondiert in diesem Diagramm der gemessene OD, der durch die Ordinate dargestellt ist, mit einem OD, der aus der vorgenannten Formel (1) erhalten ist unter Verwendung von H&sub2;O, CO&sub2;, H&sub2; und CO, die in dem Abgas enthalten sind. Andererseits wird der durch die Abszisse dargestellte OD durch die Formel (2) angegeben:
OD = [PC O&sub2;/(DC O&sub2; + O&sub2; in Eisenerz + O&sub2; in kohlenstoffhaltigem Material + an dem Material anhaftendes Wasser + ½·H&sub2; in dem kohlenstoffhaltigen Material)] (2)
Dies basiert auf der Annahme, daß der Zähler "PC O&sub2;" bei der Nachverbrennung vollständig verbraucht wird und daß das gesamte in den Schmelzreduktionsofen geblasene O&sub2; als ein Abgas aus dem Schmelzreduktionsofen abgeführt wird. Im Falle der Kontrollbeispiele ist durch Bodeneinblasung zugeführtes O&sub2;-Gas in DC O&sub2; enthalten. Der OD, der auf einer theoretisch berechneten Basis bestimmt wird, wird mittels der Formel (2) aus gemessener Menge an DC O&sub2; und PC O&sub2; und der Menge von im Rohmaterial enthaltenem O&sub2; und H&sub2;, die durch Analyse erhalten wird, erzielt. Wenn, wie aus den Beispielen zu sehen ist, ein gemessener OD annähernd gleich einem berechneten OD ist, kann gesagt werden, daß das Nachverbrennungsverhältnis gut ist. Wie aus Fig. 4 deutlich zu sehen ist, ist die Nachverbrennung der Beispiele gut, jene der Kontrollbeispiele jedoch schlecht.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Nachverbrennungszone hauptsächlich innerhalb der Schlacke, das heißt der Zone B, gebildet und der hohe Nachverbrennungsgrad wird ausgeführt. Auf diese Weise kann durch ein Verfahren, bei dem die Nachverbrennungszone gebildet wird und die Schlacke durch das Seiteneinblasgas stark umgerührt wird, erreicht werden, daß der hohe Nachverbrennungsgrad erzielt wird und dennoch die hohe Wärmeübertragungswirksamkeit erreicht wird. Folglich muß das Nachverbrennungs-Sauerstoffgas hauptsächlich in die in der Nachverbrennungsgegend der Zone B vorhandene Schlacke eingeblasen werden.
Es ist insbesondere notwendig, daß ein Niveau einer Kopfeinblaslanze derart eingestellt wird, daß eine geeignete Niveauhöhe relativ zu einem Niveau des schmelzflüssigen Metalls und einem Schlackeniveau vorhanden ist. Mit anderen Worten, falls Düsen der Sauerstofflanze 21 bedeutend höher sind als die obere Oberfläche der Schlackenschicht 12, kann die Nachverbrennungszone nicht in geeigneter Weise gebildet werden, und die Wärmeübertragungswirksamkeit wird gesenkt, wohingegen, falls die Düsen übermäßig niedrig sind, die Nachverbrennungszone nicht geeignet gebildet werden kann. Das unterste Niveau der Düsen der Sauerstofflanze ist gleich der unteren Seite der Schlackenschicht.
Fig. 5 zeigt ein Verhältnis einer Höhe zwischen dem Kopfende einer Sauerstofflanze und dem Niveau der oberen Oberfläche der Schlacke und der Wärmeübertragungswirksamkeit gemäß der vorliegenden Erfindung, woraus zu entnehmen ist, daß, falls das Kopfende der Sauerstofflanze zu hoch über der Schlackenoberfläche ist, die gute Wärmeübertragungswirksamkeit nicht erzielt werden kann. Fig. 6 zeigt eine Beziehung einer Menge an Seiteneinblasgas im Verhältnis zu der Wärmeübertragungswirksamkeit. Aus Fig. 6 ist zu erkennen, daß eine gute Wärmeübertragungswirksamkeit nicht erzielt werden kann, wenn eine große Menge des Seiteneinblasgases durch die Seitenwinddüsen 25 eingeblasen wird und die Schlackenschicht stark gerührt wird. Die in den Fig. 5 und 6 gezeigten Ergebnisse wurden bei einem Betrieb erzielt, bei dem ein Schmelzreduktionsofen mit 50 Tonnen Kapazität verwendet wurde und schmelzflüssiges Metall in einer Menge von 28 t/Stunden erzeugt wurde.
Dank der großen Wärmewirksamkeit kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine hohe Reduktionsrate erzielt werden, indem der OD wie oben erwähnt vergrößert wird.
Zusätzlich kann dank der Zunahme des OD die Zugabemenge von kohlenstoffhaltigem Material reduziert werden. Folglich kann ein spezifischer Verbrauch an kohlenstoffhaltigem Material beibehalten werden und gleichzeitig kann der P-Gehalt in schmelzflüssigem Metall reduziert werden, da das meiste P in dem schmelzflüssigen Metall mit dem kohlenstoffhaltigen Material eingebracht wird. Weiterhin wird, wenn der OD hoch wird, eine Entschwefelung durch Verdampfung aktiviert und daher kann der S-Gehalt in dem schmelzflüssigen Metall reduziert werden. Unter diesen Gesichtspunkten wird der OD vorzugsweise auf 0,5 oder größer eingestellt. Falls der OD 0,7 oder größer ist, wird die Reduktionsreaktion in dem Schmelzreduktionsofen beschleunigt und der Vorreduktionsofen wird überflüssig.
In der wie oben erwähnten Art und Weise wird Gas mit einem erhöhten OD, das heißt Gas mit niedrigem Kaloriengehalt, in ein verbessertes Gas mit einem OD kleiner als 0,5 verbessert, indem pulverförmiges kohlenstoffhaltiges Material, das ein Verbesserungsmittel darstellt, zusammen mit einem Trägergas durch Gasverbesserungswinddüsen 9 eingeblasen wird, die an einem oberen Teil des Gasauslaßrohres 15 angeordnet sind. Dieses verbesserte Gas wird in den Vorwärme- und Vorreduktionsofen 30 zugeführt und Eisenerz kann effizient vorreduziert werden. Das Trägergas ist zumindest eines, das aus der aus N&sub2;, Ar, CO, CO&sub2; enthaltenden Gruppe ausgewählt ist, und ein Prozeßgas. Pulverförmiges kohlenstoffhaltiges Material, das wie oben erwähnt ein Gasverbesserungsmittel ist, wird üblicherweise zusammen mit einem Trägergas eingeblasen. In Abhängigkeit von einer Partikelgröße des kohlenstoffhaltigen Materials kann es jedoch auch durch Schwerkraft in Gasverbesserungswinddüsen 9 zugeführt werden. Dies kann sich auch auf das Zuführen durch einen oberen Abschnitt des Schmelzreduktionsofens beziehen. Empfehlenswerterweise kann als das Gasverbesserungsmittel Heizöl oder Dampf verwendet werden, indem Bedingungen in Betracht gezogen werden, wie zum Beispiel Kosten, Aufbau und Anordnung der Gasverbesserungswinddüsen und das Abgas.
In diesem Ausführungsbeispiel sind, wie oben erwähnt, die Gasverbesserungsdüsen 9 an einem oberen Abschnitt des Schmelzreduktionsofens angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht es, daß viele Positionen für die Blaseinlässe vertikal entlang der Wand des Gasauslaßrohres 15 frei gewählt werden können, und daher kann die Menge des eingeblasenen Gases leicht gesteuert werden. Wenn des weiteren jene Winddüsen an einer oberseitigen Wand und an oberen Abschnitten der Seitenwände des Schmelzreduktionsofens angeordnet sind, können diese Abschnitte des Schmelzreduktionsofens, des Gasauslaßrohres und andere Zusatzeinrichtungen vor einer Überhitzung geschützt werden, da das Einblasen des Gasverbesserungsmittels die Temperatur des Abgases senkt. Wenn der Vorwärme- und Vorreduktionsofen von der Art eines Fließbettofens ist, werden durch das Einblasen des Gasverbesserungsmittels in einen Windkasten das Gasverbesserungsmittel und das Abgas aus dem Schmelzreduktionsofen in dem Windkasten gut gemischt und die Verbesserung des Abgases wird effizient ausgeführt.
Schließlich sind spezifische Werte, die aus den Ergebnissen des Betriebes der Beispiele der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, in Tabelle 1 aufgelistet. Diese Beispiele wurden unter den gleichen Bedingungen wie jene der Fig. 5 und 6 erzielt. In der Tabelle ist ein Vergleich gezeigt zwischen einem Fall, in dem die Gasverbesserung ausgeführt ist, und einem Fall, in dem die Gasverbesserung nicht ausgeführt worden ist. Die jeweiligen OD-Werte wurden mittels der vorher angegebenen Formel (2) errechnet, wobei die Zusammensetzungen der Abgase in Tabelle 1 verwendet wurden. Der OD-Wert des verbesserten Gases beträgt 0,24, wohingegen der OD-Wert des nicht verbesserten Gases 0,51 beträgt. Es ist klar, daß das verbesserte Gas einen OD-Wert aufweist, der viel niedriger ist als der des nicht verbesserten Gases. Weiterhin ist die Temperatur des verbesserten Gases niedriger als jene des nicht verbesserten Gases. Tabelle 1 unverbessertes Gas verbessertes Gas Kohle (in schmelzflüssigem Metallbad) (in schmelzflüssigem Metallbad) (zum Verbessern) Eisenerz (in schmelzflüssigem Metallbad) (in schmelzflüssigem Metallbad) (in schmelzflüssigem Metallbad) (in schmelzflüssigem Metallbad) Abgas Temp.

Claims

1. Verfahren zur Schmelzreduktion von Eisenerz, das die Schritte enthält:

Vorwärmen und Vorreduzieren von Eisenerz;

Zuführen des vorgewärmten und vorreduzierten Eisenerzes, von kohlenstoffhaltigem Material und Schmelzmittel in einen Schmelzreduktionsofen (10);

Einblasen von Sauerstoffgas durch eine Sauerstoffaufblaslanze (21), die Entkohlungsdüsen (22) und Nachverbrennungsdüsen (23) aufweist, in den Schmelzreduktionsofen (10), wobei ein Ende der Sauerstoffaufblaslanze (21) zwischen einem oberen Niveau einer Schlackenschicht (12) und einem unteren Niveau der Schlackenschicht (12) angeordnet ist, gekennzeichnet durch den Schritt:

Einblasen eines Rührgases durch zumindest eine Seitenwinddüse (25), die an einer Seitenwand des Schmelzreduktionsofens (10) angeordnet ist, und durch zumindest eine Bodenwinddüse (26), die an einer Bodenwand des Schmelzreduktionsofens (10) angeordnet ist, so daß zumindest ein Teil des Rührgases, das durch die zumindest eine Seitenwinddüse (25) zugeführt ist, auf einen angeschwollenen Teil des schmelzflüssigen Metalls trifft, der durch das durch die zumindest eine Bodenwinddüse (26) zugeführte Rührgas erzeugt ist;

wobei das Rührgas zumindest eines, das aus der aus Ar, N&sub2;, CO, CO&sub2; bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und ein Prozeßgas ist, das von einer Vorrichtung zum Schmelzen und Reduzieren von Eisenerz erzeugt wird; und

Steuern einer Durchflußmenge des Sauerstoffgases und des Rührgases, die in den Schmelzreduktionsofen (10) eingeblasen werden, so daß ein OD eines Innenofengases des Schmelzreduktionsofens (10) sich im Bereich von 0,5 bis 1,0 bewegt, wobei der OD durch die folgende Formel dargestellt ist:

OD = (H&sub2;O + CO&sub2;) / (H&sub2; + H&sub2;O + CO + CO&sub2;).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der OD von 0,7 bis 1,0 ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenofengas ein Gas enthält, das eine Temperatur von 300ºC bis 1300ºC hat, wenn das Gas aus einem Auslaß des Schmelzreduktionsofens (10) abströmt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin den zusätzlichen Schritt enthält, Staub aus dem Innenofengas außerhalb des Schmelzreduktionsofens (10) zu entfernen, ohne daß die Wärme des Innenofengases verloren geht, und dann das Innenofengas in einen Vorwärme- und Vorreduktionsofen (30) zuzuführen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin den zusätzlichen Schritt enthält, das Eisenerz mittels eines Abgases vorzuheizen, das von dem Schmelzreduktionsofen (10) abgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin den zusätzlichen Schritt enthält, das Innenofengas in ein verbessertes Gas von weniger als 0,5 OD zu verbessern und das Eisenerz mittels des verbesserten Gases in einem Vorwärme- und Vorreduktionsofen (30) vorzureduzieren.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Verbesserns des Innenofengases das Verbessern des Gases mittels zumindest einem Gasverbesserungsmittel enthält, das aus der aus kohlenstoffhaltigem Material, Dampf oder Heizöl bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Verbesserns des Innenofengases das Einblasen des verbesserten Gases durch zumindest eine Stelle enthält, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die eine obere Wand und obere Seitenwandabschnitte des Schmelzreduktionsofens (10), ein Gasablaßrohr (15) und die Wand des Vorwärme- und Vorreduktionsofens enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einblasens des verbesserten Gases das Einblasen des verbesserten Gases gemeinsam mit einem Trägergas durch Gasverbesserungswinddüsen (9) enthält.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas zumindest eines, das aus der aus Ar, N&sub2;, CO, CO&sub2; bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und ein Prozeßgas enthält.

11. Vorrichtung zur Schmelzreduktion von Eisenerz, enthaltend:

einen Vorwärme- und Vorreduktionsofen (30), der Eisenerz vorwärmt und vorreduziert;

einen Schmelzreduktionsofen (10), in den das vorgewärmte und vorreduzierte Eisenerz, kohlenstoffhaltiges Material und Schmelzmittel zugeführt werden und in dem das vorgewärmte und vorreduzierte Eisenerz geschmolzen und reduziert wird;

und eine Sauerstoffaufblaslanze (21), die Entkohlungsdüsen (22) und Nachverbrennungsdüsen (23) aufweist, zum Einblasen von Sauerstoff in den Schmelzreduktionsofen (10),

zumindest eine Seitenwinddüse (25), die an einer Seitenwand des Schmelzreduktionsofens (10) angeordnet ist, und zumindest eine Bodenwinddüse (26), die an einer Bodenwand des Schmelzreduktionsofens (10) angeordnet ist, durch die ein Rührgas jeweils in den Schmelzreduktionsofen (10) eingeblasen werden kann; und

ein Gasablaßrohr (15) für Abgas, das von dem Schmelzreduktionsofen (10) abgeführt wird;

gekennzeichnet durch

zumindest eine Gasverbesserungswinddüse (9), durch die ein Gasverbesserungsmittel in das Abgasrohr (15) zu dem Abgas von dem Schmelzreduktionsofen (10) zugeführt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Gasverbesserungswinddüse (9) in einem Abgasrohr (15) angeordnet ist, das das Innenofengas von dem Schmelzreduktionsofen (10) zu dem Vorwärme- und Vorreduktionsofen (30) führt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärme- und Vorreduktionsofen (30) ein Ofen vom Fließbett-Typ, ein Ofen vom Schacht-Typ oder ein Drehrohrofen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Gasverbesserungswinddüse in einem Windkasten des Vorwärme- und Vorreduktionsofens angeordnet ist.