DE3888096T2

DE3888096T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Metall, das die Schmelzreduktion von Metalloxiden enthält.

Info

Publication number: DE3888096T2
Application number: DE3888096T
Authority: DE
Inventors: Mitsuharu Kishimoto; Takuya Maeda; Keikichi Murakami; Yoshihiko Takemura; Kenichi Yajima
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1987-11-13
Filing date: 1988-11-11
Publication date: 1994-09-08
Anticipated expiration: 2008-11-12
Also published as: CN1034022A; US4886246A; ES2051285T3; BR8805903A; KR890008330A; CA1301453C; MX169583B; EP0316819B1; AU596758B2; AU2474288A; EP0316819A1; KR910008113B1; CN1014996B; DE3888096D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung geschmolzener Metalle aus ihren Erzen und insbesondere auf eine Vorrichtung dieser allgemeinen Art zum Herstellen von Metall auf der Basis der Technologie der Schmelzreduktion von Erzen, die die Oxide der gewünschten Metalle enthalten. Noch mehr im Besonderen betrifft die Erfindung eine derartige Vorrichtung zum Herstellen von Metall, die die Verwendung von Erzen im Zustand von Teilchen in einem breiten Größenbereich ermöglicht.
Das Schmelzreduktionsverfahren ist eines, wodurch Metalle wie Eisen und Eisenlegierungen durch die reduzierende Behandlung von Eisenoxiderzen oder dergleichen in geschmolzenem Zustand hergestellt werden. Die metallerzeugende Industrie hat der Steigerung des praktischen Nutzens dieses Verfahrens Forschungs- und Entwicklungs- Bemühungen gewidmet wegen seiner möglichen Fähigkeit, dem vorhersehbaren künftigen Trend von Material- und Energie-Versorgung zu entsprechen.
Unter den Vorteilen des Schmelzreduktionsverfahrens sind, insofern als die Eisenherstellung betroffen ist:
(1) Preisgünstigkeit der Rohmaterialien im Vergleich zu denen, die für das Hochofenverfahren erforderlich sind;
(2) Ausschaltung von Vorbehandlungen wie Sintern oder Pelletisieren von zu feinen Erzteilchen; und
(3) Kompaktheit der erforderlichen Anlage.
Für die Herstellung von Eisenlegierungen verspricht das Verfahren zusätzlich eine größere Unabhängigkeit von elektrischer Energie als die meisten anderen bekannten Verfahren.
Während bis jetzt zur Durchführung des Schmelzreduktionsverfahrens eine Vielfalt von Anregungen und Vorschlägen gemacht worden sind, ist der gegenwärtige Trend in der Industrie in Richtung auf die Verwendung von zwei Öfen in Reihe, einer für die Vorreduktion des Erzes in einem festen Zustand und der andere für die Schmelzreduktion. Es gibt viele Variationen dieses Tandemofen-Verfahrens, zu denen verschiedene Ofentypen und verschiedene Verfahren zur Wärmeerzeugung gehören.
Derartige Tandemofen-Verfahren sind im wesentlichen wegen des beteiligten Regenerativverfahrens bevorzugt; das heißt, die Vorreduktion des Erzes im festen Zustand ist möglich durch Nutzung der Wärme und reduzierenden Fähigkeit, die das vom Schmelzreduktionsofen erzeugte Abgas besitzt. Das reduzierende Gas wird bei hohen Temperaturen erzeugt als ein Ergebnis der Reduktion, die innerhalb des Schmelzreduktionsofens stattfindet, wenn Kohle oder ähnliches Material und Sauerstoffgas in das Metallbad darin eingebracht werden. Nach Entfernen aus dem Schmelzreduktionsofen wird das reduzierende Hochtemperaturgas in den Vorreduktionsofen geführt zur Vorreduktion des Erzes im festen Zustand.
Die allgemeine Ansicht der Spezialisten ist, daß der Vorreduktionsofen vorteilhafterweise vom sogenannten "Fließbett-" oder Fluosolids-Typ sein sollte, vorausgesetzt, daß das Erz mehr oder weniger in einem Zustand feiner Teilchen ist. Dieser Ofentyp verleiht den in ihn eingebrachten Erzteilchen die Eigenschaften einer Quasi-Flüssigkeit, was die kontinuierliche Behandlung des pulverisierten Materials ermöglicht. Als zusätzliche Vorteile kann die gesamte Ladung von Erzteilchen in dem Ofen bei einer konstanten Temperatur gehalten werden und die Erzteilchen schaffen einen innigen Kontakt mit dem reduzierenden Gas.
Ein typischer Vorreduktionsofen vom Fließbett-Typ nach dem Stand der Technik ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 58-217615 zu finden. Er weist einen Kessel in der Form eines aufrechten Zylinders auf, mit einem Erzzufuhrschacht und einem Abgasweg, die an seinen oberen Bereich gekoppelt sind, und mit einem Reduktionsgaszufuhrweg und einem Erzentladeschacht, die an seinen unteren Bereich gekoppelt sind. Der Ofenkessel hat einen Gasverteiler in der Form eines horizontal oberhalb der Einlaßöffnung des Reduktionsgases gelegenen Rostes oder perforierten Bodens.
Erz im Zustand feiner Teilchen wird auf den Gasverteiler des Ofens geladen, während das Hochtemperatur-Reduktionsgas durch eine unter dem Gasverteiler gelegene Einlaßöffnung in den Ofen eingeführt wird. Aufgewühlt durch das durch den Gasverteiler nach oben geblasene Reduktionsgas werden die Erzteilchen "flüssig" genug werden, um innigen Kontakt mit dem Gas herzustellen, wodurch sie den gewünschten Vorgang der Vorreduktion durchmachen. Das Material in diesem Zustand bildet ein "Fließbett", wobei das Reduktionsgas durch es "nach oben sprudelt". Nachdem sie dergestalt vorreduziert worden sind, werden die Erzteilchen aus dem Vorreduktionsofen entladen und zur endgültigen Reduktion im geschmolzenen Zustand in den Schmelzreduktionsofen zurückgeladen.
Wie bisher aufgebaut, hatte der Vorreduktionsofen vom Fließbett-Typ jedoch eine Schwäche. Er erlegt der Teilchengröße des Erzes strenge Beschränkungen auf, um eine ausreichend "flüssige" Masse der Erzteilchen innerhalb des Ofens auszubilden. Das Reduktionsgas muß mit einer von der Teilchengröße des Erzes abhängigen Geschwindigkeit eingeführt werden, um den Erzteilchen ausreichende "Fließfähigkeit" zu verleihen. Daher eignet sich der Vorreduktionsofen nach dem Stand der Technik nicht für die Verarbeitung von Erzteilchen, die sich über einen breiten Bereich in der Größe unterscheiden. Die Teilchengröße durfte für erfolgreiche Vorreduktion nicht mehr als 3 mm sein. Darüber hinaus wurden der mittleren Teilchengröße und dem Prozentsatz an anwesenden sehr feinen Teilchen zusätzliche Beschränkungen auferlegt, in Abhängigkeit von dem speziellen verwendeten Vorreduktionsverfahren und der speziellen zu verarbeitenden Erzart.
Die Schwierigkeiten, die aus derartigen Beschränkungen des Vorreduktionsofens vom Fließbett-Typ nach dem Stand der Technik ausgehen, werden deutlich werden im Licht der Tatsache, daß die als die Rohmaterialien der Eisenherstellung im Handel erhältlichen Eisenerze einen beträchtlichen Prozentsatz (z. B. 30%) an Teilchen enthalten, die 3 mm Größe überschreiten. Selbst Teilchen von 10 mm Größe oder mehr sind anwesend.
Eine übliche Lösung dieses Problems war das Ordnen von Erzteilchen nach der Größe durch Sieben. Teilchen, die zu grob waren, um mittels des Vorreduktionsofens vom Fließbett-Typ behandelt zu werden, mußten auf die erforderliche Größe zerkleinert werden. Andernfalls, wenn derartige grobe Teilchen nicht zerkleinert werden sollen, mußte irgendeine andere Reduktionseinrichtung wie ein Schachtofen verwendet werden. Jedenfalls erforderte der Fließbett-Ofen nach dem Stand der Technik, um die gekauften Materialien voll zu nutzen, irgendeine zusätzliche Einrichtung wie Siebe und Zerkleinerer oder einen anderen Reduktionsofen, was zusätzliche Anlage- und Betriebskosten und zusätzliche Herstellungsschritte nach sich zog.
Es sind auch einige Probleme ungelöst geblieben in Verbindung mit dem Schmelzreduktionsofen, der in Reihe mit dem Festzustand- Vorreduktionsofen verbunden werden sollte. Die folgenden zwei Verfahren zum Laden von Erz in den Ofen sind vorgeschlagen worden:
1. Das Beladen mittels Schwerkraft der gesamten Erzteilchen vom oberen Bereich des Ofens.
2. Das Beladen mittels Trägergas der gesamten Erzteilchen durch eine Düse, die entweder an den Mittelbereich oder den unteren Bereich des Ofens gekoppelt ist (japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 59-1 131 10).
Das erste beschriebene Verfahren der Beladung mittels Schwerkraft ist mangelhaft, weil die feineren der Erzteilchen dazu neigen, wenn sie in den Schmelzreduktionsofen eingebracht werden, durch das sich darin bildende Gas aus dem Ofen herausgeblasen zu werden. Es kann erwogen werden, eine derartige Verschwendung des Materials zu vermeiden, indem man vorher die feineren Teilchen aussiebt oder die feinen Teilchen durch Verwendung eines Bindemittels zu größeren pelletisiert. Aber dann verlangen diese Maßnahmen die Bereitstellung von Sieben oder derartigen Einrichtungen zum Ordnen nach der Größe, oder eine Einrichtung zum Pelletisieren sowie zusätzliche Behandlungsschritte und zusätzliche Behandlungszeit.
Das zweite genannte Verfahren der Trägergas-Beladung hat, obwohl es von den festgestellten Nachteilen des Verfahrens der Beladung durch Schwerkraft frei ist, seine eigenen Unzulänglichkeiten. Wenn das pulverisierte Material zu grobe Teilchen oder Klumpen enthält, können sie die Beladungsdüse oder den zu den Düsen führenden Weg verstopfen. Es wäre keine befriedigende Lösung, die Düse und den Weg groß genug zu machen, um den Durchgang derart grober Brocken zu erlauben. Denn eine derartig große Düse und ein derartig großer Weg würden eine entsprechende Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases erfordern, was möglicherweise zu einer schlechten Auswirkung auf die Reduktionsreaktion und zu einem übermäßigen Abfallen der Badtemperatur oder zum Blasen des Trägergases durch das Metallbad führen würde. Die übliche Praxis war es daher, das Erz zu ausreichend kleinen Teilchen zu pulverisieren, um die Möglichkeit der Verstopfung auszuschließen. Diese Praxis ist auch mangelhaft wegen derartiger zusätzlicher erforderlicher Einrichtungen wie Zerkleinerern und Sieben und wegen des zusätzlichen erforderlichen Arbeitsvorgangs.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von Metall unter Verwendung von Roherz, das ein Metalloxid enthält, bei dem
- Roherz in festem Zustand in einem Vorreduktionsofen (F2) vorreduziert wird durch Blasen von Hochtemperatur-Reduktionsgas in den Vorreduktionsofen (F2) und Ausbilden eines Fließbettes darin; und
- vorreduziertes Erz in einen Schmelzreduktionsofen (F1) überführt und geschmolzen und in geschmolzenem Zustand darin endgültig reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß
- Roherz im Zustand von Partikeln in einem breiten Größenbereich verwendet wird;
- die größeren Erzteilchen (7a, 7b) - außer den übergroßen Teilchen (7a), die zu grob sind, um fluidisiert zu werden - das Fließbett auf einem Verteiler (6) in dem Vorreduktionsofen (F2) bilden, während die übergroßen Teilchen (7a) eine mobile Schicht auf dem Verteiler (6) unter dem Fließbett ausbilden;
- die größeren Erzteilchen (7a, 7b) vorreduziert werden durch Erzeugen von engem Kontakt mit dem Hochtemperatur- Reduktionsgas, das durch den Verteiler (6) nach oben geblasen wird;
- die kleineren Erzteilchen (7c) von Abgas von dem Fließbett weggetragen und dadurch vorreduziert werden;
- die vorreduzierten übergroßen Teilchen (7a) durch eine untere Auslaßöffnung (6b) am unteren Ende des Verteilers (6) mit einer trichterförmigen oder geneigten oberen Oberfläche entladen werden und durch Schwerkraft in den Schmelzreduktionsofen (F1) geladen werden
- die verbleibenden größeren Erzteilchen (7b) auch durch die untere Auslaßöffnung (6b) oder durch eine wahlweise vorgesehene höhere Auslaßöffnung entladen werden und durch Schwerkraft in den Schmelzreduktionsofen (F1) geladen werden;
- die vorreduzierten kleineren Erzteilchen (7c) durch einen Separator aus dem Abgas zurückgewonnen werden und entweder in ihrer Gesamtheit pneumatisch in den Schmelzreduktionsofen (F1) injiziert werden oder zum Teil pneumatisch in den Schmelzreduktionsofen (F1) injiziert und zum Teil in den Vorreduktionsofen (F2) rückzirkuliert werden.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung zum Herstellen von Metall zur Durchführung eines derartigen Verfahrens, aufweisend:
- einen Vorreduktionsofen (F2);
- eine Einrichtung zum Ausbilden eines Fließbetts von Erzteilchen in dem Vorreduktionsofen (F2);
- einen Schmelzreduktionsofen (F1);
- eine Einrichtung zum Überführen von vorreduzierten Erzteilchen aus dem Vorreduktionsofen (F2) zu dem Schmelzreduktionsofen (F1), gekennzeichnet durch
- einen Gasverteiler (6) in dem Vorreduktionsofen (F2), der eine trichterförmige oder eine geneigte obere Oberfläche hat, und eine untere Auslaßöffnung (6b) am unteren Ende des Verteilers (6) zum Entladen von größeren Erzteilchen (7a, 7b);
- einen Entladeschacht (4), der die Auslaßöffnung (6b) mit dem Inneren des Schmelzreduktionsofens (F1) verbindet;
- einen Abgasweg (5) des Vorreduktionsofens (F2);
- einen Separator (8), der an den Abgasweg (5) gekoppelt ist, wobei der Separator (8) bei Betrieb kleinere Erzteilchen (7c) aus dem in dem Abgasweg (5) strömenden Abgas zurückgewinnt;
- einen Verbindungsweg zwischen dem Separator und dem Inneren des Schmelzreduktionsofens und eine Injektionseinrichtung zum pneumatischen Injizieren von mindestens einem Teil der zurückgewonnenen kleineren Erzteilchen in den Schmelzreduktionsofen;
- wodurch die Vorrichtung ausgelegt ist für die Verwendung von Roherz im Zustand von Teilchen in einem breiten Größenbereich.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen, die in den zwei vorangehenden Absätzen vor dem Wort "gekennzeichnet" angegeben sind, sind bekannt aus der Schrift "Stahl und Eisen" 107 (1987) Nr. 22, Seite 1020, Fig. 15 und dem entsprechenden Text. Es wird ausschließlich vorreduziertes Feinerz von dem Vorreduktionsofen in den Schmelzreduktionsofen übertragen.
Die Schrift "Stahl und Eisen" 107 (1987) Nr. 22 zeigt auf Seite 1020, Fig. 16 und im entsprechenden Text eine Vorrichtung zum Herstellen von Metall aus Groberz oder groben Erzteilchen, wobei das Erz zuerst in einem Vorreduktionsofen vorreduziert und dann durch Schwerkraft in einen Schmelzreduktionsofen geladen wird.
Die Schrift "Patent Abstracts of Japan" vol. 11, Nr. 24 (C-399) (2471), 23. Januar 1987 (JP-A-61-199009) zeigt einen Schmelzreduktionsofen, in den vorreduziertes körniges Erz geladen wird. Ein erster, feinerer Anteil des Erzes wird durch Winddüsen in das geschmolzene Eisen geblasen und ein zweiter, gröberer Anteil des Erzes wird vom Oberteil des Ofens zu dem geschmolzenen Eisen hin fallengelassen.
Die vorliegende Erfindung löst alle die oben diskutierten Probleme des Stands der Technik und schafft eine verbesserte Vorrichtung zum Herstellen von Metall des Typs mit einer Tandemanordnung eines Festzustand-Vorreduktionsofens und eines Schmelzreduktionsofens zur Herstellung von Eisen oder einem anderen Metall durch die Reduktion des Oxids des Metalls. Insbesondere sucht die Erfindung, den Gebrauch von pulverisierten Erzen stark variierender Teilchengrößen als Rohmaterialien möglich zu machen, ohne die Notwendigkeit, sie zu sieben, zu zerkleinern oder zu pelletisieren. Außerdem sucht die Erfindung, eine sorgfältig reibungsloser gemachte Verarbeitung derartiger Rohmaterialien zu vollbringen von ihrer Vorreduktion im festen Zustand bis zu ihrer Schmelzreduktion.
Bei dem Verfahren und der Vorrichtung gemaß der Erfindung wird Roherz verwendet, welches ein Metalloxid enthält und welches im Zustand von Teilchen mit einem breiten Größenbereich ist. Die Vorrichtung zum Herstellen von Metall weist einen Festzustand- Vorreduktionsofen auf zum Vorreduzieren des Roherzes in einem festen Zustand. Der Vorreduktionsofen hat einen Gasverteiler, auf dem eine Ladung der Roherzteilchen in einem breiten Größenbereich aufgeschüttet wird. Hochtemperatur-Reduktionsgas wird durch den Gasverteiler und die Ladung von Roherzteilchen auf ihm geblasen. Folglich bilden die größeren Erzteilchen auf dem Gasverteiler ein Fließbett aus und werden vorreduziert durch Erzeugen von engem Kontakt mit dem Hochtemperatur-Reduktionsgas, während die kleineren Erzteilchen durch das Abgas von dem Fließbett weggetragen und dadurch vorreduziert werden. Nach der Entladung aus dem Vorreduktionsofen werden die vorreduzierten größeren Erzteilchen mittels Schwerkraft in einen Schmelzreduktionsofen zurückgeladen. Die kleineren vorreduzierten Erzteilchen, andererseits, werden aus dem Abgas des Vorreduktionsofens zurückgewonnen und durch pneumatische Injektion in den Schmelzreduktionsofen zurückgeladen. Die vorreduzierten Erzteilchen beider Größen werden in dem Schmelzreduktionsofen geschmolzen und im geschmolzenen Zustand endgültig reduziert, um das gewünschte Metall zu liefern.
Möglicherweise können die in den Vorreduktionsofen geladenen Roherzteilchen jene beinhalten, die zu grob sind, um zusammen mit anderen mittelgroßen Teilchen ein Fließbett auszubilden. Solche übergroßen Erzteilchen werden statt dessen auf dem Gasverteiler und unter dem Fließbett der mittelgroßen Teilchen etwas ausbilden, was man eine "mobile Schicht" nennen kann. Der Gasverteiler hat eine trichterförmige oder auf andere Weise geneigte obere Oberfläche, so daß die übergroßen Erzteilchen vorreduziert werden, während sie langsam über die geneigte Oberfläche des Gitters auf die darin ausgebildete Auslaßöffnung zuwandern. Die vorreduzierten übergroßen Teilchen werden zusammen mit den mittelgroßen Teilchen aus dem Vorreduktionsofen entladen werden zur gemeinsamen Beladung durch Schwerkraft in den Schmelzreduktionsofen.
Andererseits werden die Roherzteilchen, die zu fein sind, um ein Fließbett auszubilden, von über dem Fließbett durch die Aufwärtsströmung des Hochtemperatur-Reduktionsgases weggetragen werden. Getragen von dem Abgas werden derartige sehr kleine Teilchen in einen Zyklonseparator oder einen ähnlichen Gas-Feststoff-Separator strömen, der außerhalb des Vorreduktionsofens angeordnet ist, um dadurch aus dem Abgas zurückgewonnen zu werden. Die zurückgewonnen, sehr kleinen Erzteilchen können wieder in den Vorreduktionsofen geladen werden. Während sie so zurückzirkuliert werden, werden die sehr kleinen Erzteilchen auch vorreduziert werden, so daß ein Teil der rückzirkulierenden Teilchen aus dem Rückzirkulierungsweg zur pneumatischen Injektion in den Schmelzreduktionsofen abgezogen werden kann.
So können, obwohl der Festzustand-Vorreduktionsofen grundlegend vom Fließbett-Typ ist, die darin geladenen Roherzteilchen sowohl jene enthalten, die zu groß sind, als auch jene, die zu klein sind, um ein Fließbett auszubilden. Alle derartigen Teilchen eines breiten Größenbereichs können im festen Zustand vorreduziert werden, ohne die Nachteile, denen man bis jetzt begegnete.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die übergroßen und mittelgroßen Teilchen und die sehr kleinen Teilchen getrennt aus dem Vorreduktionsofen entladen und getrennt in den Schmelzreduktionsofen geladen. Die übergroßen und mittelgroßen Teilchen werden durch Schwerkraft in den Schmelzreduktionsofen geladen, wobei wenig Gefahr besteht, daß derartige Teilchen durch das innerhalb des Schmelzreduktionsofens erzeugte und von ihm aufsteigende Gas weggeblasen werden. Die sehr kleinen Teilchen werden pneumatisch in den Schmelzreduktionsofen geladen, wie durch eine Injektionsdüse, die in dem Metall- oder Schlackebad innerhalb des Ofens versenkt ist, oder durch eine Injektionslanze oberhalb des Niveaus des Bades. Vorteilhafterweise können derartige sehr kleine Teilchen gleichmäßig durch ein Wegesystem von relativ kleinem Durchmesser und durch ein mit einer relativ kleinen Geschwindigkeit zugeführtes Trägergas befördert werden.
Die obigen und andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung und die Art ihrer Realisierung werden deutlicher werden, und die Erfindung selbst wird am besten verstanden werden durch eine Studie der folgenden Beschreibung und anhängenden Ansprüche unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen, die einige zu bevorzugende Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
Fig. 1 ist eine Diagramm-Darstellung der Vorrichtung zum Herstellen von Metall, die gemäß den neuen Konzepten der Erfindung aufgebaut ist, wobei die Vorrichtung hierin für die Herstellung von Eisen aus Eisenerz ausgelegt dargestellt ist;
Fig. 2 ist ein vergrößerter vertikaler Schnitt des in der Vorrichtung von Fig. 1 verwendeten Vorreduktionsofens; und
Fig. 3 ist eine teilweise teilweise Diagramm-Darstellung einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und zeigt eine alternative Einrichtung zum Beladen von kleineren vorreduzierten Erzteilchen in den Schmelzreduktionsofen.
Die Vorrichtung der Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt als ausgelegt für die Herstellung von Eisen durch reduzierende Behandlungen von feinem und gröberem Eisenerz. Allgemein weist die als Beispiel dienende Vorrichtung eine Tandem-Anordnung eines Schmelzreduktionsofens F1 (hierin im folgenden als der Schmelzreduktionsofen bezeichnet) und eines Festzustand-Vorreduktionsofens F2 (hierin im folgenden als der Vorreduktionsofen bezeichnet) auf. Der Schmelzreduktionsofen F1 reduziert die vorreduzierten Eisenerzteilchen im geschmolzenen Zustand mit der damit einhergehenden Erzeugung von Hochtemperatur- Reduktionsgas. Der Vorreduktionsofen F2 verwendet dieses Gas zum Vorreduzieren der Roheisenerzteilchen in einem festen Zustand.
Der Schmelzreduktionsofen F1 ist vom Schmelzeisenbad-Typ, fähig, das geschmolzene Eisen M und die Schlacke S in einem mit feuerfestem Material ausgekleideten Behälter im geschmolzenen Zustand zu enthalten. Innerhalb des Schmelzreduktionsofens F1 findet Reduktion statt, wenn die vorreduzierten Erzteilchen, Kohle, Kalk und Sauerstoff in den Ofen eingespeist werden, wie nachfolgend genau erläutert werden wird.
Wie in Fig. 2 in einem vergrößerten Maßstab veranschaulicht ist, weist der Vorreduktionsofen F2 einen Kessel auf, vollständig mit einer feuerfesten Auskleidung, der in der Form eines aufrechten Zylinders ist. Ein Erzzufuhrweg oder -schacht 2 ist an den mittleren Bereich des Vorreduktionsofens F2 gekoppelt zum Beladen von Roheisenerzteilchen eines breiten Größenbereiches durch eine Einlaßöffnung 2a in ihn. Ein Reduktionsgas-Zufuhrweg 3 ist an den unteren Endbereich des Ofens gekoppelt zum Einführen von Reduktionsgas mit einer hohen Temperatur durch seine Einlaßöffnung 3b. Ein Nachsehen bei Fig. 1 wird zeigen, daß dieses Reduktionsgas vom Schmelzreduktionsofen F1 geliefert wird. Ein Entladeschacht 4 für vorreduziertes Erz erstreckt sich von dem Ofen nach unten zur Zufuhr der relativ großen vorreduzierten Erzteilchen in Richtung zum Schmelzreduktionsofen F1. Außerdem ist ein Abgas- Abgasweg 5 an den oberen Endbereich des Ofenkessels gekoppelt zum Abzug des Reduktionsabgases von innerhalb des Ofens durch eine Abgasöffnung 5a.
Innerhalb des Vorreduktionsofens F2 ist ein Gasverteiler 6 mit durchbrochenem Boden oder vom Gittertyp (hierin im folgenden als der Verteiler bezeichnet) an einer Stelle oberhalb der Reduktionsgaseinlaßöffnung 3b und unterhalb der Roherzeinlaßöffnung 2a angeordnet. Der Verteiler 6 hat eine Vielzahl von Durchgängen oder ähnlichen Öffnungen 6a, um es dem Reduktionsgas zu erlauben, durch sie nach oben zu strömen und so aufgeteilte Gasströme zu erzeugen, die für die Vorreduktion der beladenen Erzteilchen erforderlich sind. Der Verteiler 6, oder zumindest seine obere Oberfläche, ist trichterförmig, wobei die obere Oberfläche bezüglich der horizontalen Ebene einen Winkel besitzt. Dieser Winkel α ist größer als der Schüttwinkel der in den Ofen zu ladenden Erzteilchen. Eine Erzentladeöffnung 6b, die zentral vom Verteiler 6 angeordnet ist, steht in Verbindung mit dem Entladeschacht 4 für die Entladung der vorreduzierten groben und mittelgroßen Erzteilchen.
Ein Feststoff-Gas-Separator, wie typischerweise ein Zyklonseperator 8, ist an den Abgas-Abgasweg 5 gekoppelt, zum Sammeln und Rückgewinnen der in dem Abgas enthaltenen Feinerzteilchen aus dem Vorreduktionsofen F2. Von derartigen Erzteilchen befreit, wird das Abgas in eine Abgasleitung 11 geführt. Die zurückgewonnen Feinerzteilchen, andererseits, fallen in einen Schacht 10a der von dem Zyklonseparator 8 abgeht und sowohl mit einem Rückzirkulierungsschacht 10b als auch mit einem Entladeschacht 10c in Verbindung steht. Die Erzrückzirkulierungsströmungsgeschwindigkeit und die Erzentladeströmungsgeschwindigkeit werden durch die Steuerungsventile 9 bzw. 25 gesteuert. Der Rückzirkulierungsschacht 10b ist zum Inneren des Vorreduktionsofens F2 hin offen an einem Punkt, der näherungsweise auf dem gleichen Niveau ist wie die Einlaßöffnung 2a der Roherzteilchen. Daher werden die Feinerzteilchen, durch den Zyklonseparator 8 aus dem Abgas zurückgewonnen, zumindest teilweise zur Rückzirkulierung wieder in den Vorreduktionsofen F2 geladen.
Der Entladeschacht 10c steht mit dem Schmelzreduktionsofen F1 in Verbindung, wie später unter Bezugnahme auf Fig. 1 genauer beschrieben werden wird. Die aus dem Abgas zurückgewonnen Feinerzteilchen können daher aus ihrem Rückzirkulierungsweg abgezogen werden und durch das Steuerungsventil 25 für die Erzentladungsströmungsgeschwindigkeit, das mit dem Entladeschacht 10c in Verbindung steht, zu dem Schmelzreduktionsofen F1 zugeführt werden. Bevorzugt sollte das Steuerungsventil 9 für die Erzrückzirkulierungsströmungsgeschwindigkeit von dem Typ sein, der in der Lage ist, eine Gasrückströmung aus dem Vorreduktionsofen F2 durch es hindurch zu dem Zyklonseparator 8 zu verhindern.
Das Innere des Vorreduktionsofens F2 hat einen Bereich 1b mit verringertem Durchmesser, der oberhalb des Verteilers 6 gelegen ist. Dieser Bereich mit verringertem Durchmesser dient dazu, es dem Reduktionsgas zu erlauben, mit einer ausreichenden Geschwindigkeit hindurchzuströmen, um die Erzteilchen von stark variierender Größe auf dem Verteiler 6 "zu fluidisieren". Ein Bereich 1a mit größerem Durchmesser, der über dem Bereich 1b mit verringertem Durchmesser liegt, ist wirksam, die Gasgeschwindigkeit zu verzögern und daher der Größe der feineren Teilchen, die durch das Abgas aus dem Vorreduktionsofen F2 weggetragen werden, eine Grenze zu setzen.
Bei dem derartigen Aufbau des Vorreduktionsofens F2 können die Eisenerzteilchen in einem breiten Größenbereich durch die Erzeinlaßöffnung 2a auf den Verteiler 6 geladen werden. Das Hochtemperatur-Reduktionsgas kann auch aus dem Schmelzreduktionsofen F1 durch den Zufuhrweg 3 in den Vorreduktionsofen F2 geführt werden. Durch die Öffnungen in dem Verteiler 6 nach oben strömend wird das Gas die darüberliegende Ladung von Erzteilchen reduzieren. Nachdem sie so vorreduziert worden sind, werden die großen und mittelgroßen Teilchen durch den Entladeschacht 4 entladen werden, während die feinen Teilchen von dem Abgas in den Abgasweg 5 weggetragen werden.
Genauer werden, während des Fortschreitens der Erzreduktion innerhalb des Vorreduktionsofens F2, die mittelgroßen Teilchen ein "Fließbett" 7b am Bereich 1b mit verringertem Durchmesser über dem Verteiler 6 und/oder an dem Bereich 1a mit größerem Durchmesser ausbilden, wobei die verteilten Reduktionsgasströme mit hoher Geschwindigkeit durch es hindurchperlen. Jene Erzteilchen jedoch, die zu grob sind, um fluidisiert zu werden, werden statt dessen eine mobile Schicht 7a ausbilden, die langsam über die geneigte obere Oberfläche des Verteilers 6 auf die zentrale Auslaßöffnung 6b zuwandert. Derartige große Teilchen werden vorreduziert werden, während sie so über den Verteiler wandern.
Es wird angenommen, daß die in den Vorreduktionsofen F2 geladenen Roherzteilchen jene enthalten, die zu klein sind, um in dem Fließbett über dem Verteiler 6 zu bleiben. Derartige kleinere Teilchen werden von dem Reduktionsgas nach oben in den Bereich 1a mit größerem Durchmesser geblasen werden und von dort in den Abgasweg 5. Dann, von dem Abgas durch den Zyklonseparator 8 abgetrennt, werden die feinen Teilchen über den Rückzirkulierungsschacht 10b in den Vorreduktionsofen F2 zurückgetragen, wodurch sie eine rückzirkulierende Strömung von solchen als 7c bezeichneten Teilchen ausbilden. Die feinen Teilchen werden auch reduziert werden, während sie so rückzirkuliert werden, und sie werden durch den Entladeschacht 10c entladen werden, da in dem Schacht 10c ein Steuerungsventil für die Erzentladungs-Strömungsgeschwindigkeit angeordnet ist.
Ungeachtet der Darstellung von Fig. 2 ist es nicht wesentlich, daß sowohl grobe Teilchen als auch Teilchen mittlerer Größe durch den gemeinsamen Entladeschacht 4 entladen werden. Alternativ können die mittelgroßen Teilchen durch einen zusätzlichen Schacht oder Weg in direkter Verbindung mit dem Bereich 1b mit verringertem Durchmesser des Vorreduktionsofens F2 entladen werden. Auch kann das Innere des Vorreduktionsofens F2 sich zum Verteiler 6 hin verjüngen, anstatt zu den Bereichen 1a und 1b von eindeutig unterschiedlichen Durchmessern geformt zu sein. Als eine weitere mögliche Abänderung kann der Vorreduktionsofen F2 ausgestattet sein mit einem Gitter in geneigter Ebene, das in einem Winkel zur horizontalen Ebene angeordnet ist, als Ersatz für das trichterförmige Gitter 6.
Vorteilhafterweise erlaubt die Erfindung die unabhängige Steuerung der Verweilzeit von groben Erzteilchen und mittelgroßen Erzteilchen innerhalb des Vorreduktionsofens F2 und der Verweilzeit der Feinerzteilchen innerhalb des Rückzirkulierungsweges. Die Entladungsgeschwindigkeit von groben und mittelgroßen Teilchen wird bestimmt von einem Entladungssteuerungsventil 22, Fig. 1, an dem Entladeschacht 4, und die Entladegeschwindigkeit von feinen Teilchen wird bestimmt durch das Ventil 9 zur Steuerung der Erzzirkulationsströmungsgeschwindigkeit auf ihrem Rückzirkulierungsweg. Da sie von den Entladungsgeschwindigkeiten abhängig sind, können die Verweilzeiten durch die Ventile 9 und 22 unabhängig voneinander gesteuert werden.
Das folgende ist ein Bericht des Experiments, das von dem jetzigen Anmelder über die Vorreduktion von Eisenerz im festen Zustand mit dem Ofen F2 von Fig. 2 durchgeführt wurde. Die Bedingungen des Experiments waren:

1. Rohmaterial

Eisenerz

Teilchengrößenverteilung:
Mehr als 10 mm 2%.
5-10 mm . . 18%.
0,5-5 mm . . . 31%.
Weniger als 0,5 mm . . . 49%.
Beladungstemperatur: 450 Grad C.

2. Reduktionsgas

Zusammensetzung:
Kohlenmonoxid (CO) . . . 39%.
Kohlendioxid (CO&sub2;) . . . 21%.
Wasserstoff (H&sub2;) . . . 14%.
Dampf (H&sub2;O) . . . 12%.
Stickstoff (N&sub2;) . . . 14%.
Temperatur: 1030 Grad C.

3. Abmessungen des Vorreduktionsofens

Durchmesser Da des Ofenbereichs 1a = 280 mm.
Durchmesser Db des Ofenbereichs 1b = 200 mm.
Höhe Ha des Abgaswegs 5 vom
Boden des Ofenbereichs 1a = 4000 mm.
Vertikale Abmessung Hb des
Ofenbereichs 1b = 500 mm.
Gitterwinkel α = 40 Grad.
Als ein Ergebnis des Experiments unter den oben angegebenen Bedingungen wurden vorreduzierte Eisenerzteilchen von beiden Entladeschächten 4 und 10c zurückgewonnen, normalerweise mit einem Reduktionsgrad von näherungsweise 30%. Von dem zurückgewonnenen Material waren 49% von dem Schacht 4 und 51% von dem Schacht 10c. Das aus dem Schacht 4 zurückgewonnene Material enthielt 97% grobe und mittelgroße Teilchen (Teilchengröße mehr als 0,5 mm). Das aus dem anderen Schacht 10c zurückgewonnene Material enthielt 97% feine Teilchen (Teilchengröße weniger als 0,5 mm).
Man glaubt, daß die vorangehenden Ergebnisse des Experiments die folgende mathematische Analyse von Gas- und Erzverhalten innerhalb des Vorreduktionsofens rechtfertigen. Die Strömungsgeschwindigkeit des Reduktionsgases direkt oberhalb des Verteilers 6, das heißt, an dem Ofenbereich 1b mit verringertem Durchmesser, war 7,0 m pro Sekunde, was genug ist, um nur Erzteilchen von 5 mm Größe oder weniger "zu fluidisieren". Die Gasströmungsgeschwindigkeit an dem Ofenbereich 1a mit größerem Durchmesser war 5,0 m pro Sekunde, was genug ist, um das Gas zu befähigen, Erzteilchen von 0,5 mm oder weniger von dem Ofen wegzutragen.
Folglich bildeten von den Eisenerzteilchen unterschiedlicher Größen, die in den Vorreduktionsofen F2 geladen worden waren, jene, die 5 mm Größe überschritten, auf dem Verteiler 6 eine mobile Schicht 7a aus; jene zwischen 0,5 und 5 mm bildeten eine "perlende" quasi-flüssige Schicht b am Ofenbereich 1b mit verringertem Durchmesser aus; und jene von weniger als 0,5 mm Größe zirkulierten durch den geschlossenen Weg zurück.
Es wurde auch durch das Experiment bestätigt, daß:
(1) die Teilchengrößen des aus den zwei getrennten Schächten 4 und 10c entladenen vorreduzierten Erzes von der Einlaßgeschwindigkeit des Reduktionsgases in den Ofen abhängen; und
(2) die Reduktionsgrade der zwei unterschiedlichen Größen von Erzteilchen von ihren Verweilzeiten innerhalb des Ofens abhängen.
Die durch den Vorreduktionsofen F2 des vorstehenden Aufbaus und der vorstehenden Betriebsweise erlangten Vorteile können wie folgt zusammengefaßt werden:
1. Roherzteilchen in einem breiten Größenbereich können direkt in den Vorreduktionsofen geladen werden ohne irgend eine derartige Behandlung wie Zerkleinerung, Pelletisierung oder Sortierung nach der Größe.
2. Vorreduzierte kleine Erzteilchen und mittelgroße und große Erzteilchen können getrennt aus dem Vorreduktionsofen zurückgewonnen werden, für getrennte Zuführung zum Schmelzreduktionsofen F1.
3. Die Verweilzeiten der zwei unterschiedlichen Klassen von Erzteilchen können getrennt festgesetzt werden, was die leichte und genaue Steuerung ihrer erwarteten Reduktionsgrade möglich macht.
4. Die direkt über dem Verteiler liegenden groben Erzteilchen dienen dazu, die feineren Teilchen daran zu hindern, durch den Verteiler nach unten zu fallen, wenn die Einleitung des Reduktionsgases in den Ofen beendet ist. Die Durchgänge und Öffnungen des Verteilers können daher ausreichend groß gemacht werden, um ein Verstopfen zu verhindern.
5. Die maximale Größe von Teilchen, die "fluidisiert" werden sollen, und die maximale Größe von Teilchen, die rückzirkuliert werden sollen, kann zu bestimmten Werten vorbestimmt werden durch Verändern der relativen Querschnittsflächen der oberen und unteren Bereiche 1a und 1b des Vorreduktionsofens, so daß ein höherer Vorreduktionsgrad als bisher verwirklicht werden kann.
Nimmt man wieder Bezug auf Fig. 1, so wird man sehen, daß der Entladeschacht 4 des Vorreduktionsofens F2 über das Entladungs- Steuerungsventil 22 mit einem Speicherbehälter 23 in Verbindung steht. Der andere Entladeschacht 10c des Vorreduktionsofens F2 steht über ein anderes Entladungs-Steuerungsventil 25 mit einem anderen Speicherbehälter 26 in Verbindung. Daher werden, nach der Rückgewinnung aus dem Vorreduktionsofen F2, die groben und mittelgroßen Erzteilchen zeitweilig in dem Speicherbehälter 23 und die feinen Erzteilchen in dem anderen Speicherbehälter 26 gespeichert, vor der getrennten Zuführung zum Schmelzreduktionsofen F1.
Beide Speicherbehälter 23 und 26 haben eingebaute Wiegegeräte, nicht gezeigt, zum Messen der Mengen der hineingelangenden vorreduzierten Erzteilchen. Dementsprechend werden, wenn ein Beladungssteuerungsventil 24 geöffnet wird, die groben und mittelgroßen Teilchen auf die Schlacke S des Bades aus geschmolzenem Eisen innerhalb des Schmelzreduktionsofens F1 geladen werden, indem sie durch Schwerkraft durch einen Zufuhrschacht 34 fallen, der zu einer Einlaßöffnung 34a hin oberhalb des Niveaus des Bades offen ist. In gleicher Weise werden, wenn ein anderes Beladungssteuerungsventil 27 geöffnet wird, die feinen Erzteilchen durch ein Trägergas durch einen Zufuhrweg 35 getragen und direkt in das geschmolzene Eisen M oder die Schlacke FS innerhalb des Schmelzreduktionsofens F1 geblasen werden durch eine in dem Bad versenkte Injektionsdüse 35a.
Das Trägergas, das ein Inertgas wie Stickstoff oder ein reduzierendes Gas wie Kohlenmonoxid sein kann, wird von seiner Quelle, nicht gezeigt, durch einen Weg 29 in beständiger Verbindung mit dem Erzzufuhrweg 35 zugeführt. Ein Heizer 30 ist in dieser speziellen Ausführungsform stromab des nicht gezeigten Gasvorrats vorgesehen, zum Vorheizen des Trägergases. Das erstgenannte Beladungssteuerungsventil 24 sollte von dem Typ sein, der in der Lage ist, den Druckunterschied zwischen dem Speicherbehälter 23 und dem Zufuhrschacht 34 aufrechtzuerhalten.
Für die gewünschte Schmelzreduktion des vorreduzierten Eisenerzes wird der Schmelzreduktionsofen F1 zusätzlich zu den vorreduzierten Erzteilchen mit Sauerstoff, Kohle und Kalk beladen. Sauerstoff wird durch einen Zufuhrweg 38 direkt in das geschmolzene Eisen M geblasen. Als eine Alternative kann das Sauerstoffgas durch eine von der oberen Öffnung des Ofens eingeführte Lanze in den Schmelzreduktionsofen eingebracht werden. Bevorzugt und wie gezeigt sollten relativ grobe Teilchen und relativ feine Teilchen von Kohle und Kalk getrennt in den Schmelzreduktionsofen F1 eingespeist werden, gerade wie die zwei unterschiedlichen Klassen vorreduzierter Erzteilchen aus dem Vorreduktionsofen F2. Die groben Kohle- und Kalkteilchen können mittels Schwerkraft durch einen Zufuhrschacht 36 auf das Eisenbad eingespeist werden. Die feinen Kohle- und Kalkteilchen können durch ein Trägergas wie das zum Tragen der vorreduzierten Feinerzteilchen verwendete, durch einen Zufuhrweg 37 befördert und direkt in das geschmolzene Eisen M geblasen werden.
Wie unter Bezugnahme auf Fig. 2 erwähnt worden ist, wird das im Schmelzreduktionsofen F1 erzeugte reduzierende Hochtemperaturgas zum Vorreduktionsofen F2 zugeführt zum Vorreduzieren der Roherzteilchen darin. Zu diesem Zweck hat der Schmelzreduktionsofen F1 sein offenes Oberende bedeckt mit einem Abzug 39, der in beständiger Verbindung ist mit einer Leitung 40. Der Reduktionsgaszufuhrweg 3 steht mit der Leitung 40 über einen Feststoff- Gas-Separator wie einen Zyklonseparator 41 in Verbindung. So wird das Reduktionsgas, von Feststoffen wie Staub und Eisenteilchen durch den Zyklonseparator 41 befreit, bei einer hohen Temperatur vom Schmelzreduktionsofen F1 zum Vorreduktionsofen F2 zugeführt.
Die in Verbindung mit dem Schmelzreduktionsofen F1 erhaltenen vorteilhaften Wirkungen können wie folgt aufgezählt werden:
1. Die vorreduzierten großen und mittelgroßen Erzteilchen können mittels Schwerkraft durch einen Schacht in den Schmelzreduktionsofen F1 transportiert werden, bei geringer oder ohne Wahrscheinlichkeit, daß sie durch das von dem geschmolzenen Eisen M erzeugte Gas aus dem Inneren des Ofens weggeblasen werden.
2. Die vorreduzierten kleineren Erzteilchen werden direkt in das geschmolzene Metall M injiziert, indem sie pneumatisch durch den Zufuhrweg 35 und die Injektionsdüse 35a befördert werden. Wenn diese Erzteilchen weniger als, zum Beispiel, einem Millimeter groß sind, dann können der Zufuhrweg 35 und die Injektionsdüse 35a im Innendurchmesser 10 bis 13 mm klein sein. Das Trägergas kann mit einer relativ kleinen Geschwindigkeit zugeführt werden zum Transportieren derartig feiner Teilchen durch einen Weg und eine Düse mit kleinem Durchmesser, ohne eine Verstopfung zu befürchten. Außerdem wird der Verschleiß des Zufuhrweges und der Injektionsdüse auf ein Minimum reduziert, und es besteht praktisch keine Möglichkeit, daß das Trägergas durch das geschmolzene Eisen M bläst.
3. Die vorreduzierten Erzteilchen bei einer erhöhten Temperatur (näherungsweise 800ºC innerhalb des Vorreduktionsofens F2) werden ohne derartige Zwischenbehandlung wie Ordnen nach der Größe, Zerkleinern oder Pelletisieren direkt vom Vorreduktionsofen zum Schmelzreduktionsofen F1 eingespeist.
Wenn die Speicherbehälter 23 und 26 etc. geeignet gegen Wärme isoliert sind, kann die fühlbare Wärme des vorreduzierten Erzes vollständig für seine Reduktion im geschmolzenen Zustand im Schmelzreduktionsofen F1 genutzt werden.
4. Da das Trägergas, wie erläutert worden ist, zum Transportieren der kleineren vorreduzierten Erzteilchen in den Schmelzreduktionsofen F1 bei einer relativ geringen Geschwindigkeit zugeführt werden kann, würde der Schmelzreduktionsofen wenig Temperaturabfall erleiden, selbst wenn, im Gegensatz zur Darstellung von Fig. 1, das Trägergas nicht vorgeheizt würde.
5. Wenn die Zufuhr der vorreduzierten Feinerzteilchen aus dem Speicherbehälter 26 unterbrochen wird, muß die Zuführung des Trägergases in den Weg 35 fortgeführt werden, um das Einströmen des geschmolzenen Eisens M in die Injektionsdüse 35a zu verhindern. Durch Vorheizen des Trägergases auf einen Temperaturbereich von, zum Beispiel, 700 bis 800ºC mittels des Heizers 30, kann jedoch der Temperaturunterschied zwischen dem vorreduzierten Erz und dem Gas auf ein solches Maß verringert werden, um die Gefahr des Brechens des Zufuhrwegs 35 durch thermische Belastung zu verhindern, selbst wenn der Weg, um Verschleiß zu widerstehen, mit einer Keramik ausgekleidet ist.
6. Da es keinem oxidierenden Gas ausgesetzt ist, wird das vorreduzierte Erz während der Übertragung vom Vorreduktionsofen F2 zum Schmelzreduktionsofen F1 nicht wieder oxidiert werden. Die zwei getrennten Klassen vorreduzierter Erzteilchen können mit den durch die in die Speicherbehälter 23 und 26 eingebauten Wägegeräte bestimmten zeitlichen Mengen und durch die Beladungssteuerungsventile 24 und 27 in den Schmelzreduktionsofen F1 geladen werden.
Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung und stellt ein anderes Verfahren zur Beladung der kleineren vorreduzierten Erzteilchen in den Schmelzreduktionsofen F1 dar. Der Speicherbehälter 26 für die feineren Erzteilchen steht mit einer Injektionslanze 51 über das Beladungssteuerungsventil 27, hierin als ein Rotationseinspeiser gezeigt, und einen Zufuhrweg 46 in Verbindung. Die vorreduzierten Feinerzteilchen werden durch den Zufuhrweg 46 und die Injektionslanze 51 eingespeist mittels eines durch einen Weg 45 eingespeisten Trägergases. Die Injektionslanze 51 erstreckt sich nach unten in den Schmelzreduktionsofen F1 durch sein oberes Ende und endet kurz oberhalb des Niveaus des Eisenbades. Die Feinerzteilchen sind von der Spitze der Injektionslanze 51, die frei von Berührung mit dem Eisenbad gehalten wird, in den Schmelzreduktionsofen F1 zu laden.
Die Ausführungsform von Fig. 3 entspricht in den anderen baulichen Einzelheiten der der Fig. 1 und 2.
Ein ausgesprochener Vorteil der Vorrichtung von Fig. 3 ist, daß weder das geschmolzene Eisen M noch die Schlacke S in die Injektionslanze 51 strömen kann, wenn die Zuführung der vorreduzierten Feinerzteilchen unterbrochen wird. Anders als bei der vorangehenden Ausführungsform braucht daher das Trägergas während der Nicht-Zuführung der Feinerzteilchen nicht durch die Injektionslanze geblasen werden, so daß, selbst wenn das Trägergas nicht vorgeheizt wird, das Bad in dem Schmelzreduktionsofen keinen Temperaturabfall erleiden wird. Der Zufuhrweg 46 und die Injektionslanze 51 sind gegen Reißen unter thermischer Belastung gefeit, da sie während der Nicht-Zuführung der Feinerzteilchen nicht durch das Trägergas gekühlt werden.
Die Verwendung der Injektionslanze 51 bietet einen zusätzlichen Vorteil, daß sie, zusätzlich zur Injektion der vorreduzierten Feinerzteilchen, auch für derartige Zwecke wie die Temperaturmessung und Probennahme des geschmolzenen Eisens M, das Beladen von Kohle und Kalk in fein verteilter Form und das Blasen von Sauerstoff in den Schmelzreduktionsofen F1 verwendet werden kann.
Trotz der vorangehenden genauen Beschreibung ist es nicht erwünscht, daß die Erfindung durch die genaue Darstellung der Zeichnungen oder ihrer Beschreibung beschränkt werde. Eine Vielzahl von Abwandlungen oder Änderungen der dargestellten Ausführungsformen kann angewendet werden, um den Erfordernissen jedes speziellen Vorgangs zur Metallherstellung oder Konstruktionpräferenzen zu entsprechen, ohne Abweichung vom Bereich der Erfindung.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Metall unter Verwendung von Roherz, das ein Metalloxid enthält, bei dem

- Roherz in festem Zustand in einem Vorreduktionsofen (F2) vorreduziert wird durch Blasen von Hochtemperatur- Reduktionsgas in den Vorreduktionsofen (F2) und Ausbilden eines Fließbettes darin; und

- vorreduziertes Erz in einen Schmelzreduktionsofen (F1) überführt und geschmolzen und in geschmolzenem Zustand darin endgültig reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß

- Roherz im Zustand von Partikeln in einem breiten Größenbereich verwendet wird;

- die größeren Erzteilchen (7a, 7b) - außer den übergroßen Teilchen (7a), die zu grob sind, um fluidisiert zu werden - das Fließbett auf einem Verteiler (6) in dem Vorreduktionsofen (F2) bilden, während die übergroßen Teilchen (7a) eine mobile Schicht auf dem Verteiler (6) unter dem Fließbett ausbilden;

- die größeren Erzteilchen (7a, 7b) vorreduziert werden durch Erzeugen von engem Kontakt mit dem Hochtemperatur- Reduktionsgas, das durch den Verteiler (6) nach oben geblasen wird;

- die kleineren Erzteilchen (7c) von Abgas von dem Fließbett weggetragen und dadurch vorreduziert werden;

- die vorreduzierten übergroßen Teilchen (7a) durch eine untere Auslaßöffnung (6b) am unteren Ende des Verteilers (6) mit einer trichterförmigen oder geneigten oberen Oberfläche entladen werden und durch Schwerkraft in den Schmelzreduktionsofen (F1) geladen werden;

- die verbleibenden größeren Erzteilchen (7b) auch durch die untere Auslaßöffnung (6b) oder durch eine wahlweise vorgesehene höhere Auslaßöffnung entladen werden und durch Schwerkraft in den Schmelzreduktionsofen (F1) geladen werden;

- die vorreduzierten kleineren Erzteilchen (7c) durch einen Separator aus dem Abgas zurückgewonnen werden und entweder in ihrer Gesamtheit pneumatisch in den Schmelzreduktionsofen (F1) injiziert werden oder zum Teil pneumatisch in den Schmelzreduktionsofen (F1) injiziert und zum Teil in den Vorreduktionsofen (F2) rückzirkuliert werden.

2. Verfahren wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß vorreduzierte kleinere Erzteilchen (7c) pneumatisch in den Schmelzreduktionsofen (F1) unterhalb des Niveaus von geschmolzenem Metall (M) oder Schlacke (S) injiziert werden.

3. Verfahren wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die vorreduzierten kleineren Erzteilchen (7c) pneumatisch durch eine Injektionslanze (51), die kurz oberhalb des Niveaus von geschmolzenem Metall (M) und Schlacke (S) endet, in den Schmelzreduktionsofen (F1) injiziert werden.

4. Vorrichtung zum Herstellen von Metall zum Durchführen des Verfahrens wie es in einem der Ansprüche I bis 3 beansprucht ist, aufweisend:

- einen Vorreduktionsofen (F2);

- eine Einrichtung zum Ausbilden eines Fließbetts von Erzteilchen in dem Vorreduktionsofen (F2);

- einen Schmelzreduktionsofen (F1);

- eine Einrichtung zum Überführen von vorreduzierten Erzteilchen aus dem Vorreduktionsofen (F2) zu dem Schmelzreduktionsofen (F1), gekennzeichnet durch

- einen Gasverteiler (6) in dem Vorreduktionsofen (F2), der eine trichterförmige oder eine geneigte obere Oberfläche hat, und eine untere Auslaßöffnung (6b) am unteren Ende des Verteilers (6) zum Entladen von größeren Erzteilchen (7a, 7b);

- einen Entladeschacht (4) der die Auslaßöffnung (6b) mit dem Inneren des Schmelzreduktionsofens (F1) verbindet;

- einen Abgasweg (5) des Vorreduktionsofens (F2);

- einen Separator (8) der an den Abgasweg (5) gekoppelt ist, wobei der Separator (8) bei Betrieb kleinere Erzteilchen (7c) aus dem in dem Abgasweg (5) strömenden Abgas zurückgewinnt;

- einen Verbindungsweg (10c, 35) zwischen dem Separator (8) und dem Inneren des Schmelzreduktionsofens (F1) und eine Injektionseinrichtung (29, 35, 35a, 45, 46, 51) zum pneumatischen Injizieren von mindestens einem Teil der zurückgewonnenen kleineren Erzteilchen (7c) in den Schmelzreduktionsofen (F 1);

- wodurch die Vorrichtung ausgelegt ist für die Verwendung von Roherz im Zustand von Teilchen in einem breiten Größenbereich.

5. Vorrichtung wie in Anspruch 4 beansprucht, gekennzeichnet durch einen Rückzirkulierungsweg (1 Ob) zum Rückzirkulieren eines Teils der rückgewonnenen kleineren Erzteilchen (7c) zurück in den Vorreduktionsofen (F2).

6. Vorrichtung wie in Anspruch 4 oder 5 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) der oberen Oberfläche des Verteilers (6) bezüglich der horizontalen Ebene größer ist als der Ansprechwinkel der darauf geladenen Erzteilchen.

7. Vorrichtung wie in einem der Ansprüche 4 bis 6 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorreduktionsofen (F2) im wesentlichen in der Form eines aufrechten Zylinders ist und einen ersten Bereich (1b) von verringertem inneren Durchmesser direkt oberhalb des Verteilers (6) und einen zweiten Bereich (1a) von größerem inneren Durchmesser oberhalb des ersten Bereichs (1b) hat.

8. Vorrichtung wie in einem der Ansprüche 4 bis 7 beansprucht, gekennzeichnet durch eine Injektionsdüse (35a) für die kleineren Erzteilchen (7c), wobei die Injektionsdüse (35a) in dem Bad aus geschmolzenem Metall (M) und Schlacke (S) in dem Schmelzreduktionsofen (F1) versenkt ist.

9. Vorrichtung wie in einem der Ansprüche 4 bis 7 beansprucht, gekennzeichnet durch eine Injektionslanze (51) für die kleineren Erzteilchen (7c), die sich in den Schmelzreduktionsofen (F1) erstreckt und kurz oberhalb des Niveaus des Bades aus geschmolzenem Metall (M) oder Schlacke (S) darin endet.

10. Vorrichtung wie in einem der Ansprüche 4 bis 9 beansprucht, gekennzeichnet durch einen Heizer (39) zum Vorheizen eines Trägergases, das verwendet wird zum Tragen und Injizieren der kleineren Erzteilchen in den Schmelzreduktionsofen (F1).