DE3928415A1 - Steel mfr. using direct redn. chamber - with heating tube system fed with combusted top gas and melting furnace off-gas - Google Patents
Steel mfr. using direct redn. chamber - with heating tube system fed with combusted top gas and melting furnace off-gasInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstel lung von Stahl bei dem feinkörniges Eisenerz und feinkör nige Kohle in einer Reduktionskammer unter Erwärmung direkt reduziert werden, wobei während der Reduktion in der Reduk tionskammer anfallendes Abgas nach dem Austritt aus einem oberen Bereich der Reduktionskammer dieser über einen unte ren Bereich wieder zugeführt wird, und bei dem das redu zierte Eisenerz in einem Schmelzofen geschmolzen wird, wo bei in dem Schmelzofen anfallendes Schmelzofengas durch die Reduktionskammer geführt wird.The invention relates to a method of manufacture development of steel in the fine-grained iron ore and fine-grained some coal in a reduction chamber under heating directly be reduced, during the reduction in the Reduk exhaust gas after leaving a upper area of the reduction chamber over a lower ren area is fed again, and in which the reduced graced iron ore is smelted in a smelting furnace where in the case of melting furnace gas produced by the Reduction chamber is led.
Bei einem gattungsgemäßen Verfahren (DE-AS-12 46 780) wird in die Reduktionskammer in lockerer Lagerung eingebrachte Kohle durch die bei der Reduktion freiwerdenden Abgase in einen Schwebezustand gebracht, in der sich ein nach Art ei ner Flüssigkeit bewegendes Kohlebett ausbildet. Um die Koh leteilchen in der Schwebe zu halten bzw. um das Kohlebett aufzuwirbeln, können Gase, wie beispielsweise während der Reduktion anfallende Abgase, über Einblasöffnungen in dem unteren Bereich der Reduktionskammer dieser zugeführt wer den. Zu reduzierendes Eisenerz wird kontinuierlich in das Kohlebett chargiert, wobei das Kohlebett über Elektroden elektrisch beheizt wird. In a generic method (DE-AS-12 46 780) placed in the reduction chamber in loose storage Coal due to the emissions released during the reduction in brought into a state of limbo in which a kind of egg ner liquid moving carbon bed. To the Koh to keep particles suspended or around the carbon bed can whirl up gases, such as during the Reduction of exhaust gases, via injection openings in the lower area of the reduction chamber this supplied the. Iron ore to be reduced is continuously fed into the Charged carbon bed, the carbon bed via electrodes is electrically heated.
Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist der, aufgrund der elektrischen Erwärmung des Kohlebettes, relativ hohe Energieverbrauch für die Reduktion. Weiterhin wird der Wir kungsgrad der Reduktion durch die durch die Reduktionskam mer geführten und mit dem Eisenerz in Berührung kommenden Schmelzgase herabgesetzt. Dies gilt auch für die für eine Fluidisierung des Kohlebettes in den unteren Bereich der Reduktionskammer zurückgeführten, während der Reduktion an fallenden Abgase.A disadvantage of the known method is that the electrical heating of the carbon bed, relatively high Energy consumption for the reduction. Furthermore, the we degree of reduction due to the reduction always led and come into contact with the iron ore Melt gases reduced. This also applies to the one Fluidization of the carbon bed in the lower area of the Reduction chamber returned during the reduction falling exhaust gases.
Es ist weiter bei einem Verfahren zur indirekten Reduktion (DE-OS 21 32 150) bekannt, Eisenerz in hintereinander ge schalteten Zyklonen indirekt zu reduzieren und anschließend den Eisenschwamm einzuschmelzen. In den Zyklonen wird das Eisenerz in in dem Schmelzofen anfallendem Gas und während der Reduktion anfallendem Abgas suspendiert gehalten. Durch die Hintereinanderschaltung von Zyklonen kann die Wärme des Schmelzofengases und des bei der Reduktion anfallenden Ab gases ausgenützt werden. Der Kontakt dieser Gase mit dem zu reduzierenden Eisenerz kann sich hingegen ungünstig auf den Wirkungsgrad der Reduktion auswirken.It continues with an indirect reduction process (DE-OS 21 32 150) known, iron ore in a row ge switched to reduce cyclones indirectly and then melt down the sponge iron. It will in the cyclones Iron ore in gas produced in the furnace and during the reduction of the resulting exhaust gas is kept suspended. By the series connection of cyclones can the heat of the Melting furnace gas and the Ab gases can be exploited. The contact of these gases with the reducing iron ore, however, can adversely affect the Impact the efficiency of the reduction.
Es ist ferner ein Verfahren bekannt (DE-PS 32 39 188) bei dem das Eisenerz vor dem Schmelzen in einer Reduktionskam mer in einem ersten Verfahrensschritt reduziert wird. Das reduzierte Eisenerz wird dabei zu Pellets verarbeitet und später in einem unabhängig von der Reduktionskammer be triebenen Schmelzofen zu Stahl weiterverarbeitet. Die Pel lettierung des reduzierten Eisenerzes und der Transport der Pellets zu dem Schmelzofen führt zu einem relativ hohen Aufwand, sowohl während des Betriebs als auch betreffend den Aufbau einer dafür geeigneten Anlage. Dieses Verfahren ist deshalb nur dann wirtschaftlich, wenn eine Stahlerzeu gung mit hohen jährlichen Produktionsraten erfolgt. Ferner ergibt sich ein hoher Energieaufwand dadurch, daß bei der Reduktion die im Schmelzofengas vorhandene Wärme bei der Erwärmung für die Reduktion nicht eingesetzt wird.A method is also known (DE-PS 32 39 188) which the iron ore came in a reduction before melting is reduced in a first process step. The reduced iron ore is processed into pellets and later in a be regardless of the reduction chamber driven melting furnace processed into steel. The pel lettlement of the reduced iron ore and the transport of the Pellets to the furnace lead to a relatively high Effort, both during operation and regarding the construction of a suitable system. This method is therefore only economical if a steel with high annual production rates. Further a high energy expenditure results from the fact that the Reduction of the heat present in the furnace gas at Heating is not used for the reduction.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungs gemäßes Verfahren zur Herstellung von Stahl so weiterzubil den, daß es in einfacher, wirtschaftlicher und umwelt freundlicher Weise auch dann eingesetzt werden kann, wenn relativ geringe jährliche Produktionsraten gegeben sind.The invention has for its object a genus according to the procedure for the production of steel the fact that it is simple, economical and environmentally can be used in a friendly manner even if there are relatively low annual production rates.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der genannten Gat tung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 ge löst. Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Reduktions kammer zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und der Reduktionskammer ergeben sich jeweils aus den Unteransprüchen.This task is carried out in a method of the mentioned gat tion by the characterizing features of claim 1 ge solves. The invention is also based on the object suitable reduction for carrying out the method create chamber. This task is due to the characteristics of claim 7 solved. Advantageous further developments of the Procedures and the reduction chamber result in each case from the subclaims.
Die Zuführung von Eisenerz und Kohle in die Reduktionskam mer als im wesentlichen homogenes, feinkörniges Gemisch, führt infolge der guten Durchmischung zu einer Verbesserung des Ablaufs der Reduktion, ohne daß es einer Fluidisierung des Gemisches bedarf. Diese Vorgehensweise ist ferner wirt schaftlicher als eine Aufbereitung des Eisenerzes bei spielsweise durch Pelletieren oder Sintern.The supply of iron ore and coal to the reduction comb mer as an essentially homogeneous, fine-grained mixture, leads to an improvement due to the good mixing the course of the reduction without causing fluidization of the mixture. This procedure is also host more economical than processing iron ore for example by pelleting or sintering.
Weiter ergibt sich eine erhebliche Einsparung an Energie und eine Minderung der Umweltbelastung dadurch, daß gemäß der Erfindung aus während der Reduktion angefallenem Abgas in mindestens einer Brennkammer Verbrennungsgas erzeugt wird. Es wird somit neben der Wärme auch der Heizwert des Abgases mit für die Erwärmung während der Reduktion aus genützt. Es ist somit in einfacher und wirtschaftlicher Weise möglich, unter Ausnutzung von während des Schmelzens bzw. einer Reduktion anfallenden Gasen, eine Reduktion durchzuführen.There is also a considerable saving in energy and a reduction in environmental pollution by the fact that according to the invention from exhaust gas accumulated during the reduction Combustion gas is generated in at least one combustion chamber becomes. In addition to the heat, the calorific value of the Exhaust gas with for heating during the reduction used. It is therefore easier and more economical Way possible, taking advantage of during melting or a reduction in gases, a reduction perform.
Dadurch, daß erfindungsgemäß Wärme über ein, gegenüber der Reduktionskammer abgeschlossenes Heizrohrsystem zugeführt wird, wird trotz der Ausnützung anfallender Gase zur Erwär mung des Gemisches verhindert, daß sie den Ablauf der Re duktion störend beeinflussen.The fact that according to the invention heat over a, compared to Reduction chamber fed closed heating pipe system becomes, despite the exploitation of the resulting gases, heating The mixture prevents the process of re affect production.
In vorteilhafter Weise wird die Reduktion kontinuierlich durchgeführt, und es werden ein oder mehrere diskontinu ierlich betriebene Schmelzöfen der Reduktionskammer zuge ordnet. Damit kann die Menge des während des Reduktions verfahrens aufbereiteten Eisenerzes der Kapazität zuge ordneter Schmelzöfen angepaßt werden. Ferner kann durch Ab stimmung der für die kontinuierlich durchgeführte Reduktion benötigten Wärmeenergie mit dem während des dis kontinuierlichen Betriebs des Schmelzofens anfallenden Schmelzofengas, eine energiesparende Erhitzung des Ge misches in der Reduktionskammer sichergestellt werden.The reduction advantageously becomes continuous performed, and one or more discontinuous ier operated melting furnaces in the reduction chamber arranges. So that the amount of during the reduction processed iron ore of capacity ordered melting furnaces can be adapted. Furthermore, from Ab mood for the continuously carried out reduction required thermal energy with the during the dis continuous operation of the melting furnace Smelting furnace gas, an energy-saving heating of the Ge mixing can be ensured in the reduction chamber.
Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß in der Re duktionskammer reduziertes Eisenerz (Eisenschwamm) vor dem Einfüllen in den Schmelzofen zwischengespeichert wird. Durch eine Zwischenspeicherung können die Durchsatzmengen von Reduktionskammer und Schmelzofen in besonders einfacher Weise aufeinander abgestimmt werden.It has proven to be advantageous that in Re reduced iron ore (iron sponge) in front of the Filling in the melting furnace is cached. The throughput quantities can be temporarily saved reduction chamber and melting furnace in a particularly simple manner Be coordinated in a way.
In vorteilhafter Weise kann unter Verwendung einer Reduk tionskammer mit schichtweise übereinander angeordneten Re duktionszonen das Gemisch in den unteren Reduktionszonen im wesentlichen auf gleichmäßige Temperatur von etwa 850°C bis 900°C und in der oberen Reduktionszone im wesentlichen auf 300°C erhitzt werden. Advantageously, using a Reduk tion chamber with layers arranged on top of each other the zones in the lower reduction zones essentially at a uniform temperature of about 850 ° C up to 900 ° C and in the upper reduction zone essentially be heated to 300 ° C.
Vorteilhaft ist ferner, daß Rohrabschnitte des Heizrohrsy stems zumindest teilweise gleichzeitig mit dem Abgas des Schmelzofens und mit Verbrennungsgas beaufschlagt werden. Damit kann das Heizrohrsystem zeitweise mit dem Abgas des Schmelzofens (Schmelzofengas) und mit dem aus dem Abgas der Reduktionskammer erzeugten Verbrennungsgas beaufschlagt werden. Die Beaufschlagung kann dabei so erfolgen, daß bei im wesentlichen vollständiger Verwendung des im Schmelzofen und der Reduktionskammer anfallenden Gases vorgebbare gleichmäßige Temperaturen in der Reduktionskammer erzielt werden.It is also advantageous that pipe sections of the Heizrohrsy stems at least partially at the same time as the exhaust gas from the Melting furnace and be charged with combustion gas. So that the heating pipe system can temporarily with the exhaust of the Melting furnace (furnace gas) and with the exhaust gas from the Reduction chamber pressurized combustion gas will. The application can be done so that at essentially complete use of the in the furnace and the gas that can be obtained from the reduction chamber achieved uniform temperatures in the reduction chamber will.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, eine Re duktionskammer zur Durchführung eines Verfahrens mit einem oder mehreren der genannten Merkmale so auszubilden, daß das Heizrohrsystem schichtweise im vertikalen Abstand von einander angeordnete Rohrstränge mit in einer Ebene im seitlichen Abstand voneinander angeordneten, im wesentli chen parallelen Rohrabschnitten, aufweist. Die erfindungs gemäße Ausbildung einer Reduktionskammer mit einem Heiz rohrsystem führt dazu, daß in einfacher Weise im wesentli chen gleichmäßige und gegebenenfalls auch unterschiedliche Temperaturen innerhalb einzelner Reduktionszonen erreicht werden können.It has also proven advantageous to use a re Production chamber for carrying out a process with a or train several of the features mentioned so that the heating pipe system in layers at a vertical distance of mutually arranged pipe strands with in one plane in the lateral distance from each other, in essence Chen parallel pipe sections. The fiction appropriate design of a reduction chamber with a heater Pipe system leads to the fact that in a simple manner Chen uniform and possibly also different Temperatures within individual reduction zones reached can be.
Für einen besonders einfachen Aufbau des Heizrohrsystems hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, daß die Enden der Rohrabschnitte jedes Rohrstranges in außerhalb des In nenrahmens der Reduktionskammer angeordnete Verteiler mün den, wobei einander benachbarte, mit unterschiedlicher Strömungsrichtung durchströmte Rohrstränge jeweils in einen gemeinsamen Verteiler münden. Durch die Anordnung der Ver teiler ist mit geringem konstruktiven Aufwand Schmelzofen- sowie Verbrennungsgas dem Innenraum der Reduktionskammer über das Heizrohrsystem zuführbar. Durch die Verteiler kön nen ferner in einfacher Weise Rohrstränge benachbarter Rohrabschnitte miteinander verbunden werden, wobei dann in einem gemeinsamen Verteiler die Strömung des Gases umge lenkt wird.For a particularly simple construction of the heating pipe system it has proven to be advantageous that the ends the pipe sections of each pipe string in outside the In Distribution frame mün the, being adjacent, with different Pipe strands through which flow flows each into one common distributor. By arranging the ver divider is melting furnace with little design effort and combustion gas the interior of the reduction chamber Can be supplied via the heating pipe system. Through the distributor can NEN also adjacent pipe strings in a simple manner Pipe sections are connected to each other, then in a common distributor reversed the flow of the gas is steered.
Als von besonderem Vorteil hat es sich dabei herausge stellt, daß ein oder mehrere Verteiler einen Anschluß für die Zufuhr von Verbrennungsgas und/oder Schmelzofengas auf weisen. Somit kann beispielsweise Verbrennungsgas gezielt unterschiedlichen Reduktionszonen zugeteilt werden, damit sich innerhalb dieser Reduktionszonen eine vorgebbare und im wesentlichen gleichmäßige Temperatur des Gemisches ein stellt.It turned out to be of particular advantage provides that one or more distributors have a connection for the supply of combustion gas and / or furnace gas point. Thus, for example, combustion gas can be targeted be assigned to different reduction zones, so a predefinable and within these reduction zones a substantially uniform temperature of the mixture poses.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Rohr abschnitte benachbarter Rohrstränge in sich kreuzenden Richtungen. Durch diese Anordnung ergibt sich ein guter Wärmeaustausch mit dem Gemisch und gleichzeitig kann das Gemisch durch die während der Reduktion in der Reduktions kammer gebildeten Reduktionsgase, bereichsweise in der Re duktionskammer vorübergehend in einem Schwebezustand gehal ten werden. Dadurch können die für eine Reduktion erforder lichen chemischen Reaktionen besonders gut ablaufen. Da durch, daß das Gemisch in einem Schwebezustand gehalten wird, wird ferner der Wärmeaustausch zwischen Heizrohrsy stem und Gemisch verbessert.In a preferred embodiment, the tubes run sections of adjacent pipe strings intersecting Directions. This arrangement results in a good one Heat exchange with the mixture and at the same time it can Mixture by the during the reduction in the reduction chamber formed reducing gases, in some areas in the Re Production chamber temporarily suspended be. This can be necessary for a reduction chemical reactions run particularly well. There by keeping the mixture in a state of suspension the heat exchange between Heizrohrsy stem and mixture improved.
Für einen guten Wärmeaustausch zwischen den Rohrabschnitten des Heizrohrsystems und dem Gemisch hat es sich ferner als vorteilhaft erwiesen, daß Rohrabschnitte zumindest teil weise einen rautenförmigen Querschnitt aufweisen. Dieser Querschnitt führt zu einer ausreichend großen Kontaktfläche mit dem Gemisch. For a good heat exchange between the pipe sections of the heating pipe system and the mixture, it has also proven to be proven advantageous that pipe sections at least partially have a diamond-shaped cross-section. This Cross-section leads to a sufficiently large contact area with the mixture.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Re duktionskammer oberhalb mindestens eines Schmelzofens an geordnet und in Richtung zu dem Schmelzofen ist eine ge genüber diesem verschließbare Speicherkammer ausgebildet. In der Speicherkammer kann während des kontinuierlich ab laufenden Reduktionsverfahrens reduziertes Eisenerz (Eisen schwamm) solange gespeichert werden, bis ein diskontinuier lich betriebener Schmelzofen befüllt werden kann. Nach Öff nen der Speicherkammer kann das reduzierte Eisenerz dann unter dem Einfluß der Schwerkraft in diesen Schmelzofen ge füllt werden. Die Ausbildung einer Speicherkammer ermög licht somit, daß die Durchsätze der Reduktionskammer und des Schmelzofens einfach aufeinander abgestimmt werden kön nen.In a further preferred embodiment, the Re Production chamber above at least one melting furnace ordered and towards the furnace is a ge compared to this lockable storage chamber formed. In the storage chamber can continuously decrease during the current reduction process reduced iron ore (iron sponge) can be stored until a discontinuous Lich operated furnace can be filled. After opening The reduced iron ore can then be used in the storage chamber under the influence of gravity in this furnace be filled. The formation of a storage chamber enables thus light that the throughputs of the reduction chamber and of the melting furnace can be easily coordinated nen.
Es ist dabei von Vorteil, daß die Reduktionskammer einen Verschluß gegenüber der Speicherkammer aufweist. Damit ist es, während in der Reduktionskammer reduziert wird, mög lich, daß in der Speicherkammer bereits reduziertes Eisen erz für einen oder mehrere Schmelzöfen bevorratet wird.It is advantageous that the reduction chamber one Has closure against the storage chamber. So that is it is possible while reducing in the reduction chamber Lich that already reduced iron in the storage chamber ore is stored for one or more furnaces.
Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, die Redukti onskammer mit einem rechteckförmigen Querschnitt auszubil den und/oder mit einer Auskleidung aus feuerfestem Material zu versehen. Der rechteckförmige Querschnitt der Redukti onskammer hat neben einem einfachen Aufbau der Reduktions kammer zur Folge, daß auch die Rohrstränge des Heizrohrsy stems und die Verteiler in besonders einfacher Weise aus gebildet und in der Reduktionskammer angeordnet werden kön nen.The reducti has also proven to be advantageous trainee chamber with a rectangular cross-section and / or with a lining made of refractory material to provide. The rectangular cross section of the reducti onskammer has a simple structure of the reduction chamber as a result that the pipe strands of Heizrohrsy stems and the distributors in a particularly simple manner formed and can be arranged in the reduction chamber nen.
Um in einer Speicherkammer mit geringem Verlust an Wärme energie reduziertes Eisenerz für eine Beschickung eines oder mehreren Schmelzöfen zu bevorraten, hat es sich schließlich als vorteilhaft erwiesen, die Speicherkammer mit feuerfestem Material auszukleiden.To be in a storage chamber with little loss of heat energy reduced iron ore for feeding a or several melting furnaces, it has been finally proved advantageous, the storage chamber to be lined with fireproof material.
Ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren und ein Ausführungsbeispiel betreffend die dazu verwendete erfindungsgemäße Vorrichtung, ist nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigenAn embodiment for the method according to the invention and an embodiment related to that used device according to the invention, is based on the Drawing explained. Show it
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 1 shows a schematic representation of an inventive device for performing the method and
Fig. 2 ein Prozeßablaufdiagramm betreffend die, während der Reduktion in den einzelnen Stufen einer Reduktionskammer erfolgenden chemischen Reaktionen. Fig. 2 is a process flow diagram relating to the, during the reduction in the individual stages of a reduction chamber taking place chemical reactions.
Eine in Fig. 1 schematisch dargestellte, oberhalb eines Schmelzofens 1 angeordnete Reduktionskammer 3 ist aus mit feuerfestem Material ausgekleidetem Stahlblech hergestellt und hat einen rechteckförmigen Querschnitt von beispiels weise etwa 4 m Länge und etwa 2 m Breite, ferner eine Höhe von etwa 15 m. Die Reduktionskammer 3 ist mit dem Schmelz ofen 1, der beispielsweise in bekannter Weise als sog. "En ergy Optimising Furnace" (MBM-Metal Bulletin Monthly - Ok tober 1986, Seite 49) ausgebildet sein kann, über eine Speicherkammer 5 verbunden. In den als "Energy Optimising Furnace" ausgebildeten Schmelzofen 1 mündet mindestens eine im wesentlichen horizontal angeordnete Sauerstoffdüse 4′ derart, daß Sauerstoff unterhalb des Badspiegels in eine in dem Schmelzofen 1 enthaltene Metallschmelze 1′ geblasen werden kann. Oberhalb des Badspiegels münden Düsen 4′′ für eine Zufuhr von mit Sauerstoff angereicherter Luft in den Schmelzofen 1. Der über die Sauerstoffdüse 4′ der Schmelze 1′ zugeführte Sauerstoff verbindet sich mit in der Schmelze 1′ vorhandenem Kohlestoff zu Kohlenmonoxid, der durch den durch die Düsen 4′′ eingeblasenen Sauerstoff bzw. die eingeblasene Luft der in dem Bereich oberhalb der Schmelze 1′ zu Kohlendioxid verbrannt wird. Mit der durch diese Reaktionen erzeugten Wärme wird dem Metall die erforderliche Schmelzenergie zugeführt. Der für den Ablauf dieser Reaktionen notwendige Kohlenstoffanteil kann, soweit er nicht in der Schmelze 1′ bereits enthalten ist, über eine Düse 5′ der Schmelze 1′ in Form von Kohlepartikeln zugeführt werden. Die Schmelze 1′ kann weiterhin über einen Brenner 5′′ erwärmt werden. Der Schmelzofen 1 hat ferner in seinem unteren Bereich eine Abstichöffnung 2′ für das Metall und eine seitlich und oberhalb davon angeordnete Abstichöffnung 2′′ für die Schlacke.A schematically shown in Fig. 1, arranged above a melting furnace 1 reduction chamber 3 is made of refractory lined steel sheet and has a rectangular cross-section of example, about 4 m in length and about 2 m in width, and a height of about 15 m. The reduction chamber 3 is connected to the melting furnace 1 , which can be formed, for example, in a known manner as a so-called "energy optimizing furnace" (MBM-Metal Bulletin Monthly - October 1986, page 49) via a storage chamber 5 . In the designed as "Optimizing Energy Furnace" smelting furnace 1 opens at least one substantially horizontally arranged oxygen nozzle 4 'in such a manner that oxygen below the bath level in a melting furnace 1 contained in the molten metal 1' can be blown. Above the bath level, nozzles 4 '' open for supplying oxygen-enriched air into the melting furnace 1 . The via the oxygen nozzle 4 'of the melt 1' supplied oxygen combines with the melt 1 'existing carbon to carbon monoxide, by the by the nozzles 4' blown 'is oxygen and the injected air in the region above the melt 1' is burned to carbon dioxide. With the heat generated by these reactions, the required melting energy is supplied to the metal. The carbon fraction necessary for the course of these reactions, if it is not already contained in the melt 1 ', can be fed via a nozzle 5 ' to the melt 1 'in the form of carbon particles. The melt 1 'can continue to be heated via a burner 5 ''. The melting furnace 1 also has in its lower region a tap opening 2 'for the metal and a tap opening 2 ' arranged laterally and above it for the slag.
Die Speicherkammer 5 ist vorliegend einstückig mit der Reduktionskammer 3 ausgebildet und verläuft von dieser sich trichterförmig verjüngend zu einer Einlaßöffnung 7 des Schmelzofens 1. Die Einlaßöffnung 7 ist über einen Absperr schieber 9 verschließbar, der über eine Betätigungseinrich tung 11 zum Öffnen oder Schließen der Einlaßöffnung 7 in einer Führung horizontal bewegbar ist. An ihrem der Reduktionskammer 3 zugewandten Ende ist die Speicherkammer 5 über nicht näher dargestellte Schließmittel 13 gleich falls abschließbar. Die Schließmittel 13 können über eine zweite Betätigungseinrichtung 15 zum Öffnen oder Schließen der Reduktionskammer 3 gegenüber der Speicherkammer 5 be wegt werden.In the present case, the storage chamber 5 is formed in one piece with the reduction chamber 3 and extends from it in a funnel shape to an inlet opening 7 of the melting furnace 1 . The inlet opening 7 is closed by a shut-off slide 9 , which is horizontally movable in a guide via an actuating device 11 for opening or closing the inlet opening 7 . At its end facing the reduction chamber 3 , the storage chamber 5 can be locked if the lock means 13 is not shown in detail. The closing means 13 can be moved via a second actuating device 15 for opening or closing the reduction chamber 3 relative to the storage chamber 5 .
An dem der Speicherkammer 5 gegenüberliegenden Ende schließt sich an die Reduktionskammer 3 ein Verteilerbe reich 17 an. Ausgehend von der Reduktionskammer 3 verjüngt sich der Verteilerbereich 17 trichterförmig und geht in einen, im wesentlichen koaxial zu der Reduktionskammer 3 angeordneten Einfüllschacht 19 über, dessen freies Ende in einen Einfülltrichter 21 mündet. In dem Einfüllschacht 19 sind im Abstand voneinander zwei, jeweils in einer hori zontalen Ebene liegende Trennwände 23, 25 angeordnet, die jeweils eine Chargieröffnung aufweisen, die über Glocken verschlüsse 27, 29 gegenüber einem Austritt von, während einer Reduktion in der Reduktionskammer 3 anfallendem, Reduktionsgas verschließbar sind.At the opposite end of the storage chamber 5 , a distribution zone rich 17 connects to the reduction chamber 3 . Starting from the reduction chamber 3 , the distributor area 17 tapers in a funnel shape and merges into a filling chute 19 which is arranged essentially coaxially with the reduction chamber 3 and whose free end opens into a filling funnel 21 . In the feed chute 19 , two partition walls 23 , 25 , each in a horizontal plane, are arranged at a distance from one another, each of which has a charging opening, which is closed by bells 27 , 29 to prevent leakage in the reduction chamber 3 during a reduction, Reducing gas can be closed.
Die Beschickung der, gemäß dem Ausführungsbeispiel, eine Baueinheit mit dem Schmelzofen 1 bildenden Reduktionskammer 3, erfolgt mit einem Gemisch aus feinkörnigem, beispiels weise gemahlenem Eisenerz und feinkörniger, beispielsweise gemahlener Kohle, das in einem Mischer 31 getrocknet und homogenisiert wird. Als Kohle wird vorzugsweise eine gasarme Kohle oder eine außerhalb des Aggregats entgaste Kohle eingesetzt. Die Verwendung feinkörnigen Eisenerzes und feinkörniger Kohle führt zu einer Erhöhung der Wirt schaftlichkeit des Verfahrens, da eine Vorbehandlung, wie beispielsweise Pelletieren, Sintern oder Brikettieren, nicht erforderlich ist. Von dem Mischer 31 wird das Gemisch über ein Zuführrohr 33 dem Einfülltrichter 21 zugeführt. Dem Mi scher 31 wird feinkörniges Eisenerz und feinkörnige Kohle aus Vorratsbehältern 35, 37 zugeführt. Dabei werden Eisen erz und Kohle über kontinuierlich arbeitende Waagen 39 bzw. 41 abgewogen. Die maximale Korngröße der Eisenerz- und Koh lepartikel beträgt dabei etwa 6 mm.The feeding of the, according to the embodiment, a structural unit with the melting furnace 1 , the reduction chamber 3 , is carried out with a mixture of fine-grained, for example ground iron ore and fine-grained, for example ground coal, which is dried and homogenized in a mixer 31 . Low-carbon coal or coal degassed outside the aggregate is preferably used as the coal. The use of fine-grained iron ore and fine-grained coal leads to an increase in the economic efficiency of the process, since pretreatment, such as pelleting, sintering or briquetting, is not necessary. From the mixer 31 , the mixture is fed to the hopper 21 via a feed pipe 33 . The Mi shear 31 is supplied with fine-grained iron ore and fine-grained coal from storage containers 35 , 37 . Iron ore and coal are weighed using continuously operating scales 39 and 41, respectively. The maximum grain size of the iron ore and coal particles is about 6 mm.
Innerhalb der Reduktionskammer 3 findet in dem aus gemah lenem Eisenerz und gemahlener Kohle bestehendem Gemisch eine direkte Reduktion statt. Die dafür benötigte Wärme energie wird über ein, insgesamt mit 50 bezeichnendes, Heiz rohrsystem zugeführt. Das Heizrohrsystem 50 weist in verti kalem Abstand voneinander angeordnete, nur schematisch dar gestellte Heizstränge 51 auf, die aus in einer horizontalen Ebene im Abstand voneinander angeordneten Rohrabschnitten bestehen. Die einzelnen Rohrabschnitte eines Rohrstranges 51 sind im wesentlichen parallel zueinander mit einem Ab stand von beispielsweise 200 mm voneinander angeordnet. Einander benachbarte, mit einem Abstand von gleichfalls etwa 200 mm angeordnete Heizstränge 51 können sich in einer Draufsicht kreuzende Rohrabschnitte aufweisen. Die Rohrab schnitte einzelner Heizstränge 51, und damit auch die Heiz stränge 51 selbst, ragen an ihren beiden Enden aus der Re duktionskammer 3 in Verteiler 53, 55 und 57. Die im wesent lichen gleich ausgebildeten Verteiler 55 sind am Außenum fang der Reduktionskammer 3 angeordnet und verbinden je weils Enden von Rohrabschnitten einander benachbarter Heiz stränge 51. In den Verteilern 55 wird dabei die Strömungs richtung innerhalb benachbarter Heizstränge umgelenkt, wie dies durch die Richtungspfeile in Fig. 1 dargestellt ist.Within the reduction chamber 3 , a direct reduction takes place in the mixture consisting of ground iron ore and ground coal. The heat energy required for this is supplied via a heating pipe system, which is characterized by a total of 50 . The heating pipe system 50 has vertically spaced, only schematically illustrated heating strands 51 which consist of pipe sections arranged at a distance from one another in a horizontal plane. The individual pipe sections of a pipe string 51 are arranged substantially parallel to one another with a spacing of, for example, 200 mm from one another. Heating strands 51 which are adjacent to one another and are likewise arranged at a distance of approximately 200 mm can have pipe sections crossing one another in a plan view. The Rohrab sections of individual heating strands 51 , and thus the heating strands 51 themselves, protrude at both ends from the reduction chamber 3 in distributors 53 , 55 and 57 . The distributors 55 of substantially the same design are arranged on the outer circumference of the reduction chamber 3 and connect each ends of pipe sections to adjacent heating strands 51 . In the distributors 55 , the flow direction is deflected within adjacent heating strands, as shown by the directional arrows in Fig. 1.
Das Heizrohrsystem 50 wird über den Verteiler 53, der den untersten Rohrstrang 51 durch eine Verbindungsleitung 59 mit dem Inneren des Schmelzofens 1 verbindet, mit Heißgas beaufschlagt. Über Abzweigungen von einer Anschlußleitung 61 bzw. 63 stehen, im vorliegenden Ausführungsbeispiel, die jeweils untersten drei Verteiler 55 zwischen einander be nachbarten Rohrsträngen 51 mit jeweils einer Brennkammer 65, 67 in Verbindung. Jede der beiden gleich ausgebildeten Brennkammern 65, 67 ist über eine Zuführleitung 69, 71 mit dem Verteilerbereich 17 und damit dem oberen Abschnitt der Reduktionskammer 3 verbunden. Über die Zuführleitungen 69, 71 kann somit während einer Reduktion in der Redukti onskammer 3 anfallendes brennbares Abgas den Brennkammern 65, 67 zugeführt werden.The heating pipe system 50 is supplied with hot gas via the distributor 53 , which connects the lowermost pipe string 51 to the interior of the melting furnace 1 via a connecting line 59 . About branches of a connecting line 61 and 63 are, in the present embodiment, the lowest three distributors 55 between each other be adjacent pipe strings 51 , each with a combustion chamber 65 , 67 in connection. Each of the two identical combustion chambers 65 , 67 is connected via a feed line 69 , 71 to the distributor area 17 and thus to the upper section of the reduction chamber 3 . Via the feed lines 69 , 71 , combustible exhaust gas accumulating in the reduction chamber 3 can thus be supplied to the combustion chambers 65 , 67 during a reduction.
In den Brennkammern 65, 67 findet unter Zufuhr von Sauer stoff bzw. Verbrennungsluft, eine Verbrennung des Abgases der Reduktionskammer 3 statt. Das dabei entstehende er hitzte Verbrennungsgas wird dem Heizrohrsystem 50 über die Anschlußleitungen 61, 63 zugeführt. Zum Erhitzen des in die Reduktionskammer 3 eingebrachten Gemisches von gemahlenem Eisenerz und gemahlener Kohle bedarf es somit im wesentli chen keiner externen Energiezufuhr, sondern es reicht die Zufuhr von in dem Schmelzofen 1 während eines Schmelzvor ganges anfallendem Schmelzofengases über die Verbindungs leitung 59 und die beschriebene Zufuhr von in Brennkammern 65, 67 erzeugten Verbrennungsgas über Anschlußleitungen 61, 63 aus. Durch die Verwendung der Abgase aus dem Schmelzofen und der Reduktionskammer im Prozeß wird somit auch eine Um weltbelastung durch diese Gase weitgehend vermieden. Für einen guten Wärmeübergang zwischen dem Heizrohrsystem 50 und dem Gemisch sind die Rohrabschnitte der Heizstränge 51 mit einem im wesentlichen rautenförmigen Querschnitt verse hen. Nach dem Durchlaufen des Heizrohrsystems 50 tritt das zugeführte Gas, das aus einem Gemisch von Schmelzofenabgas und Verbrennungsgas bestehen kann, über den, im oberen Be reich des Heizrohrsystems 50 und damit der Reduktionskammer 3 angeordneten Verteiler 57 und über eine Abführleitung 73, in den Mischer 31 damit dort, gleichzeitig mit dem Mischen, das zugeführte feinkörnige Eisenerz und die zugeführte feinkörnige Kohle getrocknet wird. Das aus dem Mischer 31 tretende Gas wird über eine weitere Abführleitung 75 und ein Gebläse 77 einer Reinigungsanlage 79 zugeführt. Aus der, in bekannter Weise aufgebauten und vorliegend nicht näher erläuterten Reinigungsanlage 79, tritt gereinigtes und im wesentlichen von Festkörperpartikeln befreites Gas nach außen.In the combustion chambers 65 , 67 with the supply of oxygen or combustion air, combustion of the exhaust gas of the reduction chamber 3 takes place. The resulting he heated combustion gas is fed to the heating pipe system 50 via the connecting lines 61 , 63 . For heating the introduced into the reduction chamber 3 mixture of ground iron ore and ground coal are therefore required in wesentli chen no external power supply but it is sufficient supply of gear in the melting furnace 1 during a Schmelzvor accumulating furnace gas via the connection line 59 and the feed described of combustion gas generated in combustion chambers 65 , 67 via connecting lines 61 , 63 . By using the exhaust gases from the melting furnace and the reduction chamber in the process, an environmental pollution caused by these gases is largely avoided. For a good heat transfer between the heating pipe system 50 and the mixture, the pipe sections of the heating strands 51 are hen with a substantially diamond-shaped cross section. After passing through the heating pipe system 50 , the supplied gas, which may consist of a mixture of furnace exhaust gas and combustion gas, passes through the distributor 57 arranged in the upper region of the heating pipe system 50 and thus the reduction chamber 3 and via a discharge line 73 into the mixer 31 so that the fine-grained iron ore and the fine-grained coal are dried there simultaneously with the mixing. The gas emerging from the mixer 31 is fed to a cleaning system 79 via a further discharge line 75 and a blower 77 . From the cleaning system 79 , which is constructed in a known manner and is not explained in greater detail here, cleaned and essentially freed of solid particles gas emerges.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist somit in einfa cher, wirtschaflicher und umweltfreundlicher Weise das Ge misch in der Reduktionskammer 3 im wesentlichen allein mit, während eines Schmelzvorganges in dem Schmelzofen 1 und während einer Reduktion in der Reduktionskammer 3 anfal lendem, Schmelzofengas bzw. Reduktionsabgas erhitzbar. With the device according to the invention is thus in a simple, economical and environmentally friendly manner, the mixture in the reduction chamber 3 essentially alone with, during a melting process in the melting furnace 1 and during a reduction in the reduction chamber 3 incipient, furnace gas or reduction exhaust gas can be heated.
Durch diese Verwertung der genannten Gasanteile wird der in der Reduktionskammer 3 ablaufende Reduktionsprozeß nicht gestört, weil ein direkter Kontakt zwischen dem durch das Heizrohrsystem 50 geleiteten Gas und dem während der Re duktion entstehenden Reduktionsgas vermieden ist.By utilizing the above-mentioned gas fractions, the reduction process taking place in the reduction chamber 3 is not disturbed, because direct contact between the gas passed through the heating pipe system 50 and the reduction gas generated during the reduction is avoided.
Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zur Herstellung von Stahl wird ferner dadurch verbessert, daß in der Redukti onskammer 3 in kontinuierlichem Betrieb reduziert werden kann, während der Betrieb eines oder mehrerer zugeordneter Schmelzöfen 1 diskontinuierlich erfolgt. Um den kontinuier lichen Verlauf der Reduktion in der Reduktionskammer 3 mit dem diskontinuierlichen Betrieb des Schmelzofens 1 aufein ander abzustimmen, ist neben einer angepaßten Auslegung der Kapazität der Reduktionskammer 3 sowie des Schmelzofens 1 zwischen diesen die Speicherkammer 5 angeordnet. Die Spei cherkammer 5, die sowohl gegenüber der Reduktionskammer 3 als auch gegenüber dem Schmelzofen 1 verschließbar ist, kann reduziertes Eisenerz für eine Beschickung des Schmelz ofens 1 bevorraten bzw. zwischenspeichern. Dabei ist die Speicherkammer 5, unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand des Schmelzofens 1 bzw. der Reduktionskammer 3, aus der Re duktionskammer 3 befüllbar bzw. in den Schmelzofen 1 ent leerbar. Um die Wärmeverluste während einer Bevorratung von reduziertem Eisenerz in der Speicherkammer 5 gering zu hal ten, ist diese, wie auch die Reduktionskammer 3, mit feuer festem Material ausgekleidet.The economy of the process for the production of steel is further improved in that in the reduction chamber 3 can be reduced in continuous operation while the operation of one or more associated melting furnaces 1 is carried out discontinuously. In order to coordinate the continuous course of the reduction in the reduction chamber 3 with the discontinuous operation of the melting furnace 1 , in addition to an adapted design of the capacity of the reduction chamber 3 and of the melting furnace 1, the storage chamber 5 is arranged between them. The storage chamber 5 , which can be closed both with respect to the reduction chamber 3 and with respect to the melting furnace 1 , can store or temporarily store reduced iron ore for charging the melting furnace 1 . Here, the storage chamber 5, irrespective of the operating state of the smelting furnace 1 and the reduction chamber 3, ent Emptiable filled from the Re duktionskammer 3 and into the furnace. 1 In order to keep the heat losses during storage of reduced iron ore low in the storage chamber 5 , this, like the reduction chamber 3 , is lined with refractory material.
Gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Prozeßablaufdiagramm er gibt sich eine Reduktion des der Reduktionskammer 3 zuge führten Gemischs von feinkörnigem Eisenerz und feinkörniger Kohle in den dort angegebenen sechs Reduktionsstufen a bis f. Jeder dieser sechs Reduktionsstufen sind beginnend mit der Stufe a im oberen Bereich der Reduktionskammer 3 und endend mit der Stufe f im unteren Bereich der Redukti onskammer 3 entsprechende Reduktionszonen zugeordnet. Das in Fig. 2 dargestellte Diagramm zeigt, jeweils bezogen auf eine Tonne (T) Stahl, die Zuführmengen an Eisenerz und Kohle, ferner die sich innerhalb der einzelnen Reduktions zonen a bis f ergebenden Mengen für Kohlenstoff C, Kohlen monoxid CO, Fe2O3, Fe3O4, Eisenoxid FeO sowie Eisen Fe. Außerdem sind die Temperaturen für das Gemisch im Mischer 31 sowie in den Reduktionszonen a bis f angegeben.According to the process flow diagram shown in FIG. 2, there is a reduction in the mixture supplied to the reduction chamber 3 of fine-grained iron ore and fine-grained coal in the six reduction stages a to f specified there. Each of these six reduction stages are associated with corresponding reduction zones beginning with stage a in the upper region of the reduction chamber 3 and ending with stage f in the lower region of the reduction chamber 3 . The diagram shown in Fig. 2 shows, based in each case on a ton (T) of steel, the feed amounts of iron ore and coal, as well as the resulting amounts for carbon C, carbon monoxide CO, Fe 2 O within the individual reduction zones a to f 3 , Fe 3 O 4 , iron oxide F e O and iron Fe. The temperatures for the mixture in the mixer 31 and in the reduction zones a to f are also given.
Der Fig. 2 ist weiterhin zu entnehmen, daß über das Heiz rohrsystem 50 der Reduktionskammer 3 im Schmelzofen 1 an fallendes Schmelzofengas mit einer Temperatur von etwa 1000 bis 1200°C und einem Durchfluß von 80-180 m3/min zuge führt wird. Dieses Schmelzofengas wird über die Verbindungsleitung 59 und den Verteiler 53 dem untersten Rohrstrang 51 und damit der Reduktionszone f zugeführt. Wie in Fig. 2 dargestellt, werden den Reduktionszonen c, d und e in den Brennkammern 65, 67 erzeugte Verbrennungsgase zu geführt. Die Verbrennungsgase, die aus der Verbrennung der wesentliche Mengen an Kohlenmonoxid (CO) enthaltenden Ab gase der Reduktionszone unter Zufuhr von Sauerstoff ent stehen, weisen im wesentlichen Kohlendioxid CO2 auf. Dem Schmelzofen 1 wird Kalziumoxid CaO und Sauerstoff O2 zuge führt. Die Stahlschmelze wird mit einer Temperatur von etwa 1670°C, die Schlacke mit einer Temperatur von etwa 1550°C abgegossen. Fig. 2 can also be seen that on the heating pipe system 50 of the reduction chamber 3 in the melting furnace 1 to falling furnace gas with a temperature of about 1000 to 1200 ° C and a flow of 80-180 m 3 / min leads. This furnace gas is fed via the connecting line 59 and the distributor 53 to the lowest pipe string 51 and thus to the reduction zone f. As shown in FIG. 2, the reduction zones c, d and e in the combustion chambers 65 , 67 are supplied with combustion gases. The combustion gases, which arise from the combustion of the substantial amounts of carbon monoxide (CO) -containing gases from the reduction zone with the addition of oxygen, essentially contain carbon dioxide CO 2 . The melting furnace 1 is supplied with calcium oxide CaO and oxygen O 2 . The molten steel is poured off at a temperature of about 1670 ° C, the slag at a temperature of about 1550 ° C.
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