DE4041689A1

DE4041689A1 - METHOD AND SYSTEM FOR PRODUCING STEEL FROM IRON-CONTAINING METAL OXIDES

Info

Publication number: DE4041689A1
Application number: DE4041689A
Authority: DE
Inventors: G Oscar G Dam; C Henry R Bueno; L Gerardo A Contreras; V Yura Gancthev; R Nicolas O Guevara
Original assignee: ORINOCO SIDERURGICA
Current assignee: CORPORACION VENEZOLANA DE GUAYANA (CVG), PUERTO OR
Priority date: 1990-04-20
Filing date: 1990-12-24
Publication date: 1991-10-24
Anticipated expiration: 2010-12-25
Also published as: BR9101501A; GB2243840B; GB2243840A; GB9106258D0; CA2039940A1; DE4041689C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von flüssigem Stahl aus eisenhaltigen Metalloxiden, sowie eine dafür geeignete Anlage.The invention relates to a method for producing liquid Steel made of ferrous metal oxides, as well as a suitable one Investment.

Beim Stand der Technik ist bekannt, DRI (= direct reduced iron; direkt reduziertes Eisen oder Eisenschwamm) aus der direkten Reduktion von eisenhaltigen Metalloxiden in die geschmolzene Form zu überführen, um flüssigen Stahl herzustellen. Beim Stand der Technik offenbarte, typische Verfahren umfassen kontinuierliche Verfahren zum Erzielen von geschmolzenem Eisen und zur Verwendung des geschmolzenen Eisens zur Herstellung von Stahl. US-PS 45 85 476 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Stahl, bei welchem ein Gefäß zur direkten Reduktion mit einem basischen Sauerstoff-Aufblas-Konverter (BOF = basic oxygen furnace) kombiniert wird. In dem Verfahren nach dem US-PS 45 85 476 wird ein basischer Sauerstoff-Aufblas-Konverter mit dem durch die direkte Reduktion von eisenhaltigen Metalloxiden hergestellten DRI (s. o.) beschickt. Während des Schmelz- und Umschmelzverfahrens im Sauerstoff-Aufblas-Konverter wird genügend reduzierendes Gas hergestellt, um im Reduktionsprozeß Eisenerz zu DRI zu reduzieren.In the prior art it is known that DRI (= direct reduced iron; directly reduced iron or sponge iron) from the direct Reduction of ferrous metal oxides into the molten form to transfer to make molten steel. At the state of the Techniques disclosed, typical processes include continuous Process for obtaining molten iron and using it of the molten iron for the production of steel. U.S. PS 45 85 476 discloses a method of manufacturing steel, at which is a vessel for direct reduction with a basic Oxygen inflation converter (BOF = basic oxygen furnace) is combined. In the process according to US Pat. No. 4,585,476 a basic oxygen inflation converter with the through the direct reduction of iron-containing metal oxides DRI (see above). During the melting and remelting process in the oxygen inflation converter is sufficient reducing gas made to iron ore in the reduction process Reduce DRI.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der direkten Erzeugung von flüssigem Stahl, bei welchem ein heißer Austrag direkt reduzierten Eisens (DRI oder Eisenschwamm) einem Schmelzofen mit Prozeßgasen aus dem Ofen zur direkten Reduktion zugeführt wird, um das DRI in flüssigen Stahl zu raffinieren. The present invention is concerned with direct generation of liquid steel, with which a hot discharge directly reduced iron (DRI or sponge iron) with a melting furnace Process gases are fed from the furnace for direct reduction, to refine the DRI in liquid steel.

Es ist äußerst wünschenswert, ein Verfahren zum Herstellen von flüssigem Stahl aus eisenhaltigen Metalloxiden zu schaffen, bei welchem Reaktoren für die direkte Reduktion mit (steel making furnaces) Stahlschmelzöfen kombiniert werden, und bei welchem bei der Reduktion des Metalloxids genügend reduzierendes Gas in situ erzeugt wird, welches als Energiequelle für den zur Herstellung von flüssigem Stahl eingesetzten Schmelzofen (melting furnaces) verwendet werden kann.It is highly desirable to have a method of making to create liquid steel from ferrous metal oxides which reactors for direct reduction with (steel making furnaces) steel melting furnaces can be combined, and with which the reduction of the metal oxide enough reducing gas in situ is generated, which is used as an energy source for the production of melting furnace used by molten steel can be used.

Angesichts dessen ist es die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen von flüssigem Stahl aus eisenhaltigen Metalloxiden anzubieten, insbesondere ein Verfahren, bei welchem ein Reaktor zur direkten Reduktion zusammen mit einem Stahlschmelzofen eingesetzt wird.In view of this, it is the object of the invention to provide a improved process for the production of liquid steel offer ferrous metal oxides, especially a Process in which a reactor for direct reduction is used together with a steel melting furnace.

Es soll im Reduktionsverfahren reduzierendes Gas an Ort und Stelle im Reduktionsbehälter erzeugt werden, und zwar in einer Menge, die zur Verwendung als Energiequelle für den Schmelzofen zur Stahlerzeugung ausreicht.It is said to be reducing gas on site and in the reduction process Are created in the reduction tank, in one Amount used for the furnace energy source sufficient to produce steel.

Die vorstehenden Ziele und Vorteile werden mit der Erfindung ohne weiteres erreicht und sind auch nachfolgenden Ausführungen zu entnehmen.The above objects and advantages are achieved with the invention without achieved further and are also the following explanations remove.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Stahl aus eisenhaltigen Metalloxiden, welches sich auf die direkte Reduktion der Metalloxide mit reformiertem, aufbereitetem bzw. umgewandeltem Gas (reformed gas) stützt, wobei zur Lösung der Aufgabe die Lehre nach Patentanspruch 1 heranzuziehen ist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den anderen Patentansprüchen zu entnehmen. The present invention relates to a method for manufacturing of liquid steel made of ferrous metal oxides, which is on the direct reduction of metal oxides with reformed, processed or converted gas (reformed gas) supports, whereby to solve the problem, the teaching of claim 1 is to be used. The other are advantageous further training Claims to be found.

Das Verfahren zur direkten Reduktion von eisenhaltigen Metalloxiden auf ein metallisiertes Eisenprodukt zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß ein Reduktionsreaktor mit einer Reaktionszone sowie teilweise metallisiertem Eisenoxid und direkt reduziertem Eisen (DRI) in der Reaktionszone bereitgestellt wird, daß ein an H₂ und CO reiches reformiertes Reduktionsgas mit einem Oxidationsgrad im Bereich von etwa 0.05 bis 0.08 in der Reaktionszone gebildet wird, und daß das eisenhaltige Metalloxid in der Reaktionszone mit dem reformierten, reduzierenden Gas in Kontakt gebracht wird, um die Reduktion von Eisenoxid zu Eisen zu bewirken. Die vom Reduktionsreaktor entfernten Gichtgase (top gases) werden einem Schmelzofen zusammen mit dem direkt reduzierten Eisen (DRI) zugeführt, um das DRI in flüssiges Eisen umzuschmelzen.The process for the direct reduction of ferrous metal oxides on a metallized iron product according to the invention in that a reduction reactor with a Reaction zone and partially metallized iron oxide and direct reduced iron (DRI) is provided in the reaction zone, that a reformed reducing gas rich in H₂ and CO with a Degree of oxidation in the range of about 0.05 to 0.08 in Reaction zone is formed, and that the ferrous metal oxide in the reaction zone with the reformed, reducing gas in Is brought into contact with the reduction of iron oxide to iron cause. The top gases removed from the reduction reactor (top gases) are a melting furnace along with the direct reduced iron (DRI) fed to the DRI in liquid iron remelt.

Nach einem weiterem Merkmal der Erfindung weist die Volumenzusammensetzung des Gichtgases etwa 28% bis 36% Wasserstoff, etwa 17% bis 21% Kohlenmonoxid, etwa 13% bis 17% Kohlendioxid, etwa 2% bis 7% Methan, etwa 16% bis 18% Stickstoff und etwa 12% bis 17% Wasserdampf auf.According to a further feature of the invention, the Volume composition of the blast furnace gas about 28% to 36% Hydrogen, about 17% to 21% carbon monoxide, about 13% to 17% Carbon dioxide, about 2% to 7% methane, about 16% to 18% Nitrogen and about 12% to 17% water vapor.

Erfindungsgemäß wird das reformierte Gas an Ort und Stelle im Reduktionsreaktor hergestellt, indem das vom Reaktor rückgeführte Gichtgas mit Erdgas (natural gas) gemischt wird, die Gasmischung auf eine Temperatur im Bereich von etwa 650°C bis 750°C vorgewärmt wird, bevorzugt mit Sauerstoff angereicherte und auf eine Temperatur von etwa 750°C bis 800°C vorgewärmte Luft mit der vorgewärmten Mischung aus Gichtgas und Erdgas in einer Mischkammer gemischt wird, wonach besagte Gasmischung teilweise verbrannt wird zur Erzeugung eines Speisegases (feeder gas) einer Temperatur von 1000°C bis 1100°C und eines Oxidationsgrades von etwa 0.30 bis 0.35 und das Speisegas der Reaktionszone zugeführt wird. Wird diese Gasmischung dem heißen DRI metallisierten Eisen in der Reaktionszone ausgesetzt, verursacht dies eine in hohem Grade endotherme Reformierungsreaktion. Das daraus resultierende, reformierte Reduktionsgas weist eine Volumenzusammensetzung auf, die im wesentlichen aus etwa 45% bis 48% Wasserstoff, etwa 32% bis 34% Kohlenmonoxid, etwa 2% bis 4% Kohlendioxid, etwa 1% bis 3% Methan, etwa 14% bis 16% Stickstoff und etwa 1% bis 3 % Wasserdampf besteht mit einem Oxidationsgrad im Bereich von etwa 0.05 bis 0.08 in der Reduktionszone.According to the reformed gas is in place in the Reduction reactor made by the recycled from the reactor Blast gas is mixed with natural gas, the gas mixture to a temperature in the range of about 650 ° C to 750 ° C is preheated, preferably oxygenated and on a temperature of about 750 ° C to 800 ° C preheated air with the preheated mixture of blast furnace gas and natural gas in one Mixing chamber is mixed, after which said gas mixture partially is burned to produce a feed gas (feeder gas) Temperature from 1000 ° C to 1100 ° C and a degree of oxidation of about 0.30 to 0.35 and the feed gas fed to the reaction zone becomes. This gas mixture becomes the hot DRI metallized iron exposed in the reaction zone, this causes a high Grade endothermic reforming reaction. The resulting reformed reducing gas has a volume composition which essentially consist of about 45% to 48% hydrogen, about 32% up to 34% carbon monoxide, about 2% to 4% carbon dioxide, about 1% up to 3% methane, about 14% to 16% nitrogen and about 1% to 3 % Water vapor exists with a degree of oxidation in the range of about 0.05 to 0.08 in the reduction zone.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Verwendung einer Reaktionszone eines Reaktors zur direkten Reduktion für die Produktion des reformierten Gases zum Einsatz im Reduktionsverfahren und gleichzeitig die eigentliche direkte Reduktion des eisenhaltigen Oxidmaterials. Zudem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von flüssigem Stahl in einem Schmelzofen, der (downstream) nach dem Reduktionsreaktor angeordnet ist, indem ein Teil der Gichtgase als Energiequelle für das Umschmelzen des im Reduktionsreaktor hergestellten DRI verwendet wird. The method according to the invention enables the use of a Reaction zone of a reactor for direct reduction for the Production of the reformed gas for use in the reduction process and at the same time the actual direct reduction of the ferrous oxide material. It also enables inventive method the production of liquid steel in a melting furnace that (downstream) after the reduction reactor is arranged by using part of the blast furnace gas as an energy source for remelting the DRI produced in the reduction reactor is used.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihrer einzigen Figur eine schematische Darstellung einer Anlage oder Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Further advantages, features and details of the invention result preferred from the following description Exemplary embodiments and with reference to the drawing; this shows in their only figure is a schematic representation of a plant or device for performing the invention Procedure.

Die Anlage oder Vorrichtung umfaßt - wie aus der Zeichnung ersichtlich - einen Reduktionsreaktor 10 mit einer kombinierten Reformierungs- und Reduktionszone 12, eine Vorwärm- und Vorreduktionszone 14 für die Eisenoxidzufuhr, einen Einlaß 16 für eine eisenhaltige Metalloxid-Aufgabe oder Charge für den Reaktor 10 sowie einen Austrag 18 zur Entnahme von direkt reduziertem metallisiertem Eisen. Das dem Reaktor 10 entnommene DRI wird einem Aufnahmesilo, Bunker, Trichter 60 od. dgl. zugeführt, in dem es durch die Abgase aus dem Schmelzofen 50 vorgewärmt wird, bevor dieser damit beschickt wird. Der Reaktor 10 hat auch einen Auslaß 20 zur Entnahme von Gichtgasen.The plant or device comprises - as can be seen from the drawing - a reduction reactor 10 with a combined reforming and reduction zone 12 , a preheating and pre-reduction zone 14 for the iron oxide supply, an inlet 16 for an iron-containing metal oxide feed or charge for the reactor 10 and a discharge 18 for the removal of directly reduced metallized iron. The DRI removed from the reactor 10 is fed to a receiving silo, bunker, hopper 60 or the like, in which it is preheated by the exhaust gases from the melting furnace 50 before it is charged with it. The reactor 10 also has an outlet 20 for removing top gases.

Die eisenhaltigen Metalloxide können dem Reaktor in Form von Pellets zugeführt werden, die bevorzugt etwa 63 bis 68 Gew.-% Eisen enthalten. Das aus dem Reaktor 10 entnommene direkt reduzierte Eisen beinhaltet bei einer bevorzugten Form etwa 85 bis 90 Gew.-% Eisen.The iron-containing metal oxides can be fed to the reactor in the form of pellets, which preferably contain about 63 to 68% by weight of iron. The directly reduced iron removed from the reactor 10 in a preferred form contains about 85 to 90% by weight of iron.

Das entnommene Gichtgas weist eine Volumenzusammensetzung auf, die im wesentlichen aus etwa 28% bis 36% Wasserstoff, etwa 17% bis 21% Kohlenmonoxid, etwa 13% bis 17% Kohlendioxid, etwa 2% bis 7% Methan, etwa 16% bis 18% Stickstoff und etwa 12% bis 17% Wasserdampf besteht. Seine Temperatur liegt bevorzugt im Bereich von etwa 300°C bis 350°C, und es weist einen Oxidationsgrad η₀ im Bereich von etwa 0.33 bis 0.35 sowie ein Reduktionsvermögen η_R im Bereich 1.6 bis 1.7, auf. Hierbei istThe blast furnace gas removed has a volume composition which essentially consists of approximately 28% to 36% hydrogen, approximately 17% to 21% carbon monoxide, approximately 13% to 17% carbon dioxide, approximately 2% to 7% methane, approximately 16% to 18% Nitrogen and about 12% to 17% water vapor. Its temperature is preferably in the range from approximately 300 ° C. to 350 ° C., and it has an oxidation degree η₀ in the range from approximately 0.33 to 0.35 and a reducing power η _R in the range 1.6 to 1.7. Here is

undand

Die aus dem Reaktor 10 entnommenen Gichtgase werden über eine Leitung 23 zu einer Einrichtung 22, beispielsweise einem Wasserabscheider bekannter Bauart weitergeleitet, in der die Gase auf eine Temperatur im Bereich von etwa 40°C bis 60°C herabgekühlt werden und in der Wasser entfernt wird. Die in den Gasen nach der Einrichtung 22 verbleibende Wassermenge, beträgt etwa 1 bis 3 Vol.-%.The blast furnace gases removed from the reactor 10 are forwarded via a line 23 to a device 22 , for example a water separator of a known type, in which the gases are cooled down to a temperature in the range from approximately 40 ° C. to 60 ° C. and in which water is removed . The amount of water remaining in the gases after the device 22 is approximately 1 to 3% by volume.

Nach dem Entwässern wird das Gichtgas geteilt. Ein erster Teil des Gases wird als Brennstoff für Vorwärmer 24 und 26 verwendet, und es wird diesen von der Abscheideinrichtung 22 über Leitungen 28, 30, 32 und 34 zugeführt. Ein zweiter Teil des Gichtgases wird mit Erdgas über Erdgasleitung 36 in einem Verhältnis 4 : 1 gemischt und über eine Leitung 38 zum Vorwärmer 24 rückgeführt. Im Vorwärmer 24 wird die Mischung aus Gichtgas und Erdgas auf eine Temperatur im Bereich von etwa 650°C bis 850°C, bevorzugt etwa 680°C bis 720°C, erwärmt. Die erwärmte Mischung aus Gichtgas und Erdgas strömt über eine Zwischenleitung 40 zu einer Misch- und Verbrennungskammer 42 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1000 bis 1100 NM³/Tonne DRI. Der verbleibende Teil des Gichtgases wird - wie nachstehend beschrieben - über eine Leitung 46 dem Schmelzofen 50 zugeführt.After dewatering, the top gas is divided. A first part of the gas is used as fuel for preheaters 24 and 26 , and is supplied to the separator 22 via lines 28, 30, 32 and 34 . A second part of the blast furnace gas is mixed with natural gas in a 4: 1 ratio via natural gas line 36 and returned to preheater 24 via line 38 . In the preheater 24 , the mixture of blast furnace gas and natural gas is heated to a temperature in the range from approximately 650 ° C. to 850 ° C., preferably approximately 680 ° C. to 720 ° C. The heated mixture of blast furnace gas and natural gas flows via an intermediate line 40 to a mixing and combustion chamber 42 at a flow rate of 1000 to 1100 NM³ / ton DRI. The remaining part of the blast furnace gas is - as described below - fed to the melting furnace 50 via a line 46 .

Luft - bevorzugt mit Sauerstoff in einem Verhältnis von Luft/Sauerstoff von 7 : 1, 1 : 7 angereichert - wird vom Vorwärmer 26 auf eine Temperatur im Bereich von etwa 650°C bis 750°C, bevorzugt etwa 680°C bis 720°C erwärmt. Die erwärmte Luft wird dann über eine Zwischenleitung 44 bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 70 NM³/Tonne DRI zur Mischkammer 42 transportiert und mit der Mischung aus Erdgas und Gichtgas zusammengebracht. Vor der Einführung in die Reaktionszone 12 wird die Mischung aus Luft, Erdgas und Gichtgas teilweise verbrannt. Diese teilweise Verbrennung erhöht die Temperatur auf über 850°C, bevorzugt zwischen 1000°C und 1100°C. Das teilweise oxidierte Gas wird an die Reaktionszone 12 stöchiometrisch ausgeglichen abgegeben, um ein CH₄/(CO₂+H₂O) Verhältnis von etwa 0.63 : 1 bis 67 : 1 sowie einen Oxidationsgrad von 0.30 bis 0.35 zu erhalten. In der Mischkammer hat die Gasmischung generell eine Volumenzusammensetzung von etwa 35% bis 38% Wasserstoff, etwa 15% bis 17% Kohlenmonoxid, etwa 18% bis 20% Kohlendioxid, etwa 15% bis 16% Methan, etwa 20% bis 22% Stickstoff, etwa 4% bis 7% Wasserdampf und etwa 0.02% bis 0.3% C₂H₆. Die eintretende Gasmischung hat bevorzugt einen Oxidationsgrad im Bereich von etwa 0.30 bis 0.35 und ein Reduktionsvermögen im Bereich von etwa 2% bis 3%. Air - preferably enriched with oxygen in an air / oxygen ratio of 7: 1, 1: 7 - is preheater 26 to a temperature in the range of about 650 ° C to 750 ° C, preferably about 680 ° C to 720 ° C. warmed up. The heated air is then transported to the mixing chamber 42 via an intermediate line 44 at a flow rate of 70 NM 3 / ton DRI and brought together with the mixture of natural gas and blast furnace gas. Before being introduced into reaction zone 12 , the mixture of air, natural gas and top gas is partially burned. This partial combustion increases the temperature to over 850 ° C, preferably between 1000 ° C and 1100 ° C. The partially oxidized gas is released to the reaction zone 12 in a stoichiometrically balanced manner in order to obtain a CH₄ / (CO₂ + H₂O) ratio of approximately 0.63: 1 to 67: 1 and an oxidation degree of 0.30 to 0.35. In the mixing chamber, the gas mixture generally has a volume composition of approximately 35% to 38% hydrogen, approximately 15% to 17% carbon monoxide, approximately 18% to 20% carbon dioxide, approximately 15% to 16% methane, approximately 20% to 22% nitrogen, about 4% to 7% water vapor and about 0.02% to 0.3% C₂H₆. The gas mixture entering preferably has a degree of oxidation in the range from approximately 0.30 to 0.35 and a reducing capacity in the range from approximately 2% to 3%.

Der Gasstrom aus der Mischkammer wird der Reaktionszone 12 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1100 NM³/Tonne DRI zugeführt. Das Gas gelangt so in sehr engen Kontakt mit heißem, abwärtsfließendem DRI-Material und/oder dem teilweise metallisierten Eisenoxidbett in der Reaktionszone 12. Unter diesen Umständen wirkt das feste metallische Eisen als Katalysator und schafft etwa 12 bis 16 m²/gr. eisenspezifische Oberfläche für die katalytische Reaktion. Die Wärme von seiner Oberfläche verursacht eine in hohem Grade endotherme Reaktion. Diese Reaktion ist wie folgt:The gas stream from the mixing chamber is fed to the reaction zone 12 at a flow rate of 1100 NM³ / ton DRI. The gas thus comes into very close contact with hot, downward-flowing DRI material and / or the partially metallized iron oxide bed in the reaction zone 12 . Under these circumstances, the solid metallic iron acts as a catalyst and creates about 12 to 16 m² / gr. iron-specific surface for the catalytic reaction. The heat from its surface causes a highly endothermic reaction. This reaction is as follows:

CH₄ +CO₂ = 2 H₂ + CO (1)CH₄ + CO₂ = 2 H₂ + CO (1)

Während der Reaktion beträgt der Druck im Reaktor 1.2 atm.During the reaction, the pressure in the reactor is 1.2 atm.

Das resultierende reformierte Gas weist eine Volumenzusammensetzung von etwa 45% bis 48% Wasserstoff, etwa 32% bis 34% Kohlenmonoxid, etwa 2% bis 4% Kohlendioxid, etwa 1% bis 3% Methan, etwa 14% bis 16% Stickstoff und etwa 1% bis 3% Wasserdampf auf. Bevorzugt beträgt der Anteil des reformierten Gases etwa 1100 NM³/Tonne bis etwa 1450 NM³/Tonne in bezug auf das Eisenoxidmaterial.The resulting reformed gas has a volume composition from about 45% to 48% hydrogen, about 32% to 34% Carbon monoxide, about 2% to 4% carbon dioxide, about 1% to 3% Methane, about 14% to 16% nitrogen and about 1% to 3% Water vapor on. The proportion of the reformed is preferred Gases about 1100 NM³ / ton to about 1450 NM³ / ton with respect to the iron oxide material.

Es hat sich erwiesen, daß aufgrund der endothermen Reaktion die Temperatur des Gases in der Reaktionszone auf eine Reaktionstemperatur im Bereich von etwa 820°C bis 850°C abfällt.It has been shown that due to the endothermic reaction Temperature of the gas in the reaction zone to a reaction temperature drops in the range of about 820 ° C to 850 ° C.

Es hat sich auch gezeigt, daß dieses reformierte Reduktionsgas einen Oxidationsgrad im Bereich von 0.05 bis 0.09 sowie ein Reduktionsvermögen im Bereich von etwa 11 bis 29 aufweist. It has also been shown that this reformed reducing gas a degree of oxidation in the range of 0.05 to 0.09 and a Has reducing power in the range of about 11 to 29.

Die endotherme Reaktion (1) stellt die zur Durchführung der folgenden Reaktion erforderliche Wasserstoff- und Kohlenmonoxidmenge bereit:The endothermic reaction (1) provides for the implementation of the following reaction required amount of hydrogen and carbon monoxide ready:

2 FeO + H₂ + CO = Fe + H₂O + CO₂ (2)2 FeO + H₂ + CO = Fe + H₂O + CO₂ (2)

Die Reaktion in der Reaktionszone findet gleichzeitig mit der Reformierungsreaktion an der festen Oberfläche statt. Dies trägt wesentlich zur Gesamteffizienz des Verfahrens bei. Die Reaktion (2) stellt ebenfalls das für die kontinuierliche Aufrechterhaltung der Reformierungsreaktion notwendige Kohlendioxid bereit.The reaction in the reaction zone takes place simultaneously with the Reforming reaction takes place on the solid surface. This carries contributes significantly to the overall efficiency of the process. The reaction (2) also represents that for continuous maintenance carbon dioxide necessary for the reforming reaction.

Das aufsteigende, in der Zone 12 erzeugte, Reduktionsgas weist in seiner Zusammensetzung Methan, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserstoff, Stickstoff und Wasserdampf auf. Eine typische Volumenzusammensetzung sieht folgendermaßen aus: 5.4% CH₄, 25.5 % CO, 5.1% CO₂, 46.5% H₂, 1.5% H₂O und 16.1% N₂. Dieses aufsteigende Gas enthält genügend Reduktionsvermögen und ausreichende Temperatur, um die in Zone 14 abwärtsgehende Eisenoxidzufuhr des Reaktors 10 vorzuwärmen und vorzureduzieren.The rising reducing gas generated in zone 12 has methane, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, nitrogen and water vapor in its composition. A typical volume composition looks like this: 5.4% CH₄, 25.5% CO, 5.1% CO₂, 46.5% H₂, 1.5% H₂O and 16.1% N₂. This rising gas contains sufficient reducing power and sufficient temperature to preheat and reduce the downward iron oxide supply to reactor 10 in zone 14 .

Ein Aufnahmesilo oder Trichter 60 befindet sich an einer geeigneten Stelle in der Ableitung der heißen Abgase des Schmelzofens 50 und wird mit dem aus dem Reduktionsreaktor entfernten DRI - wie vorstehend erwähnt - beschickt. Auf diese Weise kann das DRI gelagert und heißgehalten werden, bis schließlich der Schmelzofen damit beschickt wird. Das in dem vorstehend beschriebenen Reduktionsreaktor hergestellte DRI hat einen Kohlenstoffgehalt von etwa 12% bis 17%. Zusätzlich zu dem DRI kann auch Eisenschrott in einem Bunker oder Trichter 62, welcher von den Abgasen des Schmelzofens erwärmt wird, gelagert werden. Zur Herstellung von flüssigem Stahl wird das heiße DRI vom Trichter 60 dem Schmelzofen zusammen mit dem vorgewärmten Schrott aus dem Bunker oder Trichter 62 zugeführt und - wenn erwünscht - Flüssigmetall oder vorgeschmolzenes Eisen.A receiving silo or hopper 60 is located at a suitable location in the discharge of the hot exhaust gases from the melting furnace 50 and is fed with the DRI removed from the reduction reactor, as mentioned above. In this way, the DRI can be stored and kept hot until the furnace is finally loaded with it. The DRI produced in the reduction reactor described above has a carbon content of about 12% to 17%. In addition to the DRI, scrap iron can also be stored in a bunker or hopper 62 , which is heated by the furnace exhaust gases. To produce liquid steel, the hot DRI is fed from the hopper 60 to the furnace along with the preheated scrap from the bunker or hopper 62 and, if desired, liquid metal or premelted iron.

Gichtgas aus dem Reduktionsreaktor 10 wird - wie vorher erwähnt - als Energiequelle verwendet, um das DRI zu schmelzen und es im Schmelzofen 50 in flüssigen Stahl umzuschmelzen. Das Gichtgas wird dem Ofen 50 über Gasleitung 64 zugeführt, in welcher das Gichtgas mit Erdgas aus Erdgasleitung 66 gemischt werden kann. Ferner kann die Mischung aus Gichtgas und Erdgas durch zusätzliche Brennstoffquellen ergänzt werden - z. B. Kohle, Heizöl, schwere Kohlenwasserstoffe, Sauerstoff, sauerstoffhaltige Gase sowie Mischungen davon - die in den unteren Teil des Schmelzofens injiziert werden, um das DRI zu schmelzen und die Eisenschmelze zu raffinieren.Blast furnace gas from the reduction reactor 10 is used - as previously mentioned - as an energy source to melt the DRI and remelt it in the melting furnace 50 into liquid steel. The blast furnace gas is fed to furnace 50 via gas line 64 , in which the blast furnace gas can be mixed with natural gas from natural gas line 66 . Furthermore, the mixture of blast furnace gas and natural gas can be supplemented by additional fuel sources - e.g. B. coal, fuel oil, heavy hydrocarbons, oxygen, oxygen-containing gases and mixtures thereof - which are injected into the lower part of the melting furnace to melt the DRI and refine the iron smelter.

Um einen bestimmten Betrag an Kohle, der aus dem Einsatz von Kohle hoher Karbonisierung (high carbon) oder der selbstbrennenden (auto fueling) DRI-Pellets beim Schmelzvorgang erhalten wird, auszugleichen und ein effizientes Aufschmelzen zu ermöglichen, kann etwas feinverteilte bzw. feingemahlene Kohle pneumatisch zugeführt werden (loaded) unter Verwendung von Stickstoff oder Kohlenwasserstoffen, wie z. B. Methan oder Propan, als Transportgas. Die Kühlung der bodenwärtigen Einspritzdüsen wird durch Kracken (cracking) von Kohlenwasserstoffen erreicht.For a certain amount of coal that comes from using High carbon coal or high carbon self-burning (auto fueling) DRI pellets during the melting process is obtained, balance and efficient melting can enable some finely divided or finely ground coal can be pneumatically loaded using Nitrogen or hydrocarbons such as B. methane or propane, as a transport gas. The cooling of the in-ground injection nozzles is achieved by cracking hydrocarbons.

Feinverteilte Flußmittel werden - je nach Neutralität der Schlacke und der benötigten Stahlmenge - entweder durch den Boden des Schmelzofens injiziert, wenn sich der Flüssigmetall-Pool bildet, oder aber mit einer Kopfpflanze. Die Menge des erzeugten Gases pro Tonne Stahl hängt vom Verhältnis der flüssigen zu den festen Chargen im Schmelzofen, der Kohlenzusammensetzung und dem vorgewärmten Gas des Kohlenstoffes sowie der Metallisierung des DRI ab. Sauerstoffpflanzen werden verwendet um die gesamte Nachverbrennung der während des Schmelz- und Raffinationsverfahrens erzeugten Gase zu gewährleisten; dieses Gas ist im wesentlichen eine Mischung aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, die insgesamt etwa 70% bis 95% ausmachen. Die Praxis des Nachverbrennens im Kopf des flüssigen Metallschlackenbades erhöht die Temperatur des Systems auf bis zu 2000°C, und erhöht so die Energieeffizienz im Schmelzofen.Finely divided fluxes are - depending on the neutrality of the Slag and the amount of steel required - either by the Bottom of the furnace is injected when the Liquid metal pool forms, or with a head plant. The The amount of gas produced per ton of steel depends on the ratio the liquid to the solid batches in the melting furnace, the Coal composition and the preheated gas of carbon as well as the metallization of the DRI. Oxygen plants used for the entire post-combustion of the and refining process to ensure gases produced; this gas is essentially a mixture of carbon monoxide and hydrogen, which together make up about 70% to 95%. The Practice of afterburning in the head of the liquid Metal slag bath raises the temperature of the system up to 2000 ° C, increasing energy efficiency in the melting furnace.

Die heißen Gase, die das Schmelzsystem verlassen, bevor sie in das Kühl- und Waschsystem 70 eingeführt werden, werden durch einen geeigneten Kanal 68 mit feuerfester Auskleidung zu einem festen Wärmeaustauschsystem gefördert, um durch direkten oder indirekten Kontakt den Schrott vorzuwärmen, und durch indirekten Kontakt das in einem Fülltrichter enthaltene DRI, welcher die Reduktions- und Schmelzöfen verbindet, und um die mit Sauerstoff angereicherte Luft im Vorwärmer 72 vorzuwärmen, bevor sie dem Schmelzofen 50 zugeführt wird. Die Gase gelangen dann in das Kühl- und Waschsystem 70, durch welches Kühlwasser fließt und Staub aufgenommen wird. Das Gebläse treibt das Gas außerhalb des Systems zum Schacht.The hot gases exiting the smelting system prior to being introduced into the cooling and washing system 70 are conveyed through a suitable refractory liner 68 to a fixed heat exchange system to preheat the scrap by direct or indirect contact and by indirect contact the DRI contained in a hopper that connects the reduction and smelting furnaces and to preheat the oxygenated air in the preheater 72 before it is fed to the smelting furnace 50 . The gases then enter cooling and washing system 70 , through which cooling water flows and dust is absorbed. The blower drives the gas to the shaft outside the system.

Die Erfindung kann auch in anderen Ausführungsformen verkörpert und auf andere Weise durchgeführt werden, ohne daß man vom Erfindungsgedanken oder dem kennzeichnenden Merkmalen der Erfindung abwiche. Vorliegende Ausführung soll daher in jeder Hinsicht erläuternder und nicht beschränkender Art sein; auch sollen die nachstehenden Ansprüche alle Abänderungen die in Bedeutung und Umfang einer Äquivalenz liegen, mit erfassen.The invention can also be embodied in other embodiments and be carried out in other ways, without being dated Inventive ideas or the characteristic features of Invention deviate. The present version should therefore be in everyone Be illustrative and not restrictive; also the following claims are intended to be any changes to the The meaning and scope of an equivalence are included.

Claims

1. A method for producing liquid steel from ferrous metal oxides, characterized by
a reduction reactor with a reaction zone which contains a bed of partially metallized iron oxide and directly reduced iron,
by a melting furnace having a reaction zone which is filled with material selected from the group consisting of preheated scrap, liquid metal, metal iron or mixtures thereof,
by a feed gas containing oxygen-containing gas and natural gas, which is fed to a reaction zone and is brought into contact with partially metallized iron oxide and directly reduced iron, a reducing gas rich in hydrogen and carbon monoxide being formed, which is used with the iron oxide to form a directly reduced iron -Product (DRI) is brought together, which is removed from the reduction reaction and then fed to the reactor zone of the melting furnace and
by removing top gas from the reduction reactor, which is fed as a fuel source to the furnace reaction zone, to melt the DRI and refine the melt in molten steel.

2. The method according to claim 1, characterized in that a reformed gas is formed, which consists essentially of about 45% to 48% hydrogen, about 32% to 34% carbon monoxide, about 2% to 4% carbon dioxide, about 1% to 3% Methane, about 14% to 16% nitrogen and about 1% to 3% There is water vapor.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that part of the blast furnace gas from the reduction reactor with natural gas is mixed that the mixture of blast furnace gas and natural gas a temperature in the range of about 650 ° C to 750 ° C is preheated to a temperature in the range of about 750 ° C to 800 ° C preheated air with the preheated Mixture of blast furnace gas and natural gas in a mixing chamber is mixed, and that the mixture of blast furnace gas, natural gas and enriched air partially burned and a feed gas with a degree of oxidation in the range of about 0.30 to 0.35, one Reducing power in the range of about 2% to 3% and one Temperature of about 1000 ° C to 1100 ° C is generated.

4. The method according to claim 3, characterized in that for Formation of the reformed gas in the reaction zone an in highly endothermic reforming reaction carried out as well as the gases heated surfaces from directly exposed to reduced iron in the reaction zone using the directly reduced iron as a catalyst used and the temperature of the gases to a Temperature lowered in the range of about 800 ° C to 850 ° C becomes.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the directly reduced iron as Catalyst with a surface area of about 12 to 16 m² / gr. Iron is used.

6. The method according to claim 5, characterized by a Surface area of approximately 12.9 to 14.9 m² / gr. Iron.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, in particular according to Claim 6, characterized by a reforming reaction of the following type: CH₄ + CO₂ = 2 H₂ + CO.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, in particular according to Claim 7, characterized in that the iron oxide in the Reaction zone using the in the Reforming reaction according to the following reaction 2 FeO + H₂ + CO = Fe + H₂O + CO₂ H₂ + CO is reduced to iron.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, in particular according to Claim 8, characterized in that the iron oxide Reactor fed, and the iron oxide feed preheated as well is reduced by using an ascending part of the reformed, reducing gas is brought into contact.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, in particular according to Claim 3, characterized in that the further Top gas leaving the reactor is cleaned and dewatered, and part of the cleaned and dewatered top gas Preheater to preheat the mixture of blast furnace gas and natural gas as well as the air is supplied.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, in particular according to claim 3, characterized in that for mixing the Air warmed, enriched with O₂ air with the mixture Top gas and natural gas is mixed.

12. The method according to any one of claims 1 to 11, in particular according to claim 1, characterized in that the blast furnace gas about 28% to 36% hydrogen, about 17% to 21% Carbon monoxide, about 13% to 17% carbon dioxide, about 2% to 7% methane, about 16% to 18% nitrogen and about 12% to Contains 17% water vapor.

13. The method according to any one of claims 11 to 12, in particular according to claim 12, characterized in that the Water vapor content of the blast furnace gas to about 1% to 3% adjusted and the blast furnace gas then fed to the melting furnace becomes.

14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized by a second burning source that connects the furnace with the Top gas is supplied, which in particular a substance is that of coal, fuel oil, natural gas, heavy Group containing hydrocarbons or mixtures thereof is selected.

15. The method according to any one of claims 1 to 14, in particular according to claim 1, characterized in that the Reduction reactor removed DRI before feeding it to Reaction zone of the melting furnace by exhaust gases from the melting furnace is heated.

16. The method according to at least one of claims 1 to 15, characterized in that the reduction reactor DRI removed a carbon content of about 12% to 17% having.

17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized characterized in that hot gases from the melting furnace Scrap and the DRI warm up before entering the reaction zone of the melting furnace.

18. Plant for performing the method according to at least one of claims 1 to 17, characterized in that a top gas outlet ( 20 ) of a reduction reactor ( 10 ) with at least one preheater ( 24, 26 ) of a reduction zone ( 12 ) is connected, the preheater and / or the top gas line ( 28 ) is / is provided with inlets or the like for natural gas and / or admixed air.

19. Plant according to claim 18, characterized in that between preheater (s) ( 24, 26 ) and reaction zone ( 12 ) at least one mixing or combustion chamber ( 42 ) is provided.

20. Plant according to claim 18 or 19, characterized in that the discharge ( 18 ) of the reaction zone ( 12 ) is connected to at least one receiving vessel ( 60 ) and this is provided in the exhaust gas stream of a melting furnace ( 50 ) which contains the contents of the receiving vessel after preheating records.

21. Plant according to claim 20, characterized in that the melting furnace ( 50 ) to the natural gas line ( 66 ) and / or the top gas line ( 46 ) is connected.