DE4041689C2

DE4041689C2 - Process and plant for producing liquid steel from iron oxides

Info

Publication number: DE4041689C2
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: 1995-11-09
Anticipated expiration: 2010-12-25
Also published as: GB2243840A; BR9101501A; DE4041689A1; CA2039940A1; GB2243840B; GB9106258D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von flüssigem Stahl aus Eisenoxiden nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches sowie eine dafür geeignete Anlage.The invention relates to a method for producing liquid steel from iron oxides after the Preamble of the independent claim and a suitable system.

Die DE-OS 38 11 654 der Anmelderin offenbart ein Verfahren zur Direktreduktion von Eisen enthaltenden Metalloxiden zu metallischen Eisenprodukten, bei dem ein Reduktionsreaktor bereitgestellt und in diesen eine erste Schicht von DRI- Material (DRI = direkt reduziertes Eisen), eine Schicht aus Eisenoxidmaterial über das DRI-Material eingebracht, der Reaktor auf Reduktionstemperatur vorgewärmt und anschließend Erdgas in Gegenwart eines Sauerstoff enthaltenden Materials in das DRI-Material eingespeist werden. Der eine Reaktionszone aufweisende Reduktionsreaktor hat eine erste Auflagefläche für das direkt reduzierte Eisen, das als Katalysator zur Bildung von an H₂ und CO reichem reformierten Gas aus Erdgas dient. Ein zweites Auflageelement trägt Eisenoxidteilchen, die zu metallischem Eisen reduziert werden sollen. Über einen Einlaß wird Zuführgas der ringförmigen Vorwärmzone zugeführt, das aus mit Sauerstoff enthaltendem Material vermischtem Erdgas besteht.DE-OS 38 11 654 of the applicant discloses a method for the direct reduction of iron-containing metal oxides metallic iron products using a reduction reactor provided and in these a first layer of DRI Material (DRI = directly reduced iron), a layer of Iron oxide material introduced over the DRI material that Preheated reactor to reduction temperature and then natural gas in the presence of oxygen containing material fed into the DRI material become. The one having a reaction zone Reduction reactor has a first contact surface for the directly reduced iron, which acts as a catalyst for formation of reformed gas rich in H₂ and CO from natural gas. A second support element carries iron oxide particles that too metallic iron should be reduced. About one Inlet becomes feed gas to the annular preheating zone supplied from oxygen-containing material mixed natural gas.

Durch die DE-OS 37 13 630 ist ein Hüttenwerk mit einem Hochofen, einem oder mehreren Konvertern sowie einer Direktreduktionsanlage zur Erzeugung von Eisenschwamm aus Eisenerz bekannt geworden. Der aus der Direktreduktionsanlage ausgebrachte Eisenschwamm wird in den Konverter eingesetzt, letzterem zudem Roheisen aus dem Hochofen und Schrott zugeführt. Ein Teil des im Hochofen anfallenden Gichtgases wird über eine Gichtgasableitung einem Wärmetauscher als Heizgas zugeleitet.DE-OS 37 13 630 is a metallurgical plant with a Blast furnace, one or more converters and one Direct reduction plant for the production of sponge iron Iron ore became known. The one from the Direct reduction plant sponge iron is applied in used the converter, the latter also pig iron from the Blast furnace and scrap fed. Part of the in the blast furnace accruing top gas is via a top gas discharge fed to a heat exchanger as heating gas.

Nach der DE-OS 33 24 940 schließlich wird bei der Verhüttung von Eisenerz dieses in Form von Klumpen oder Peletts in einen Vertikalschachtofen mit Bewegtbett eingeführt, durch dieses heiße Reduktionsgas von unten nach oben unter Reduktion des Erzes in einer Schmelz- Vergasungseinrichtung eingerichtet, eine feinkörnige Mischung aus Kohle und Schwammeisen hergestellt, die zerkleinerte Mischung in die Schmelze eingebracht, elementarer Sauerstoff unter Umsetzung mit der Kohle in der Mischung in das Bad eingeführt, um dieses geschmolzen zu halten und ein Reduktionsgas zu bilden. Zudem wird wenigstens ein Teil des so erzeugten Reduktionsgases durch das Bewegtbett aus Erz geleitet.According to DE-OS 33 24 940 finally at Smelting iron ore this in the form of lumps or Peletts in a vertical shaft furnace with a moving bed introduced by this hot reducing gas from below upwards with reduction of the ore in a smelting Gasification device set up, a fine-grained Mixture of coal and sponge iron made that shredded mixture introduced into the melt, elemental oxygen reacted with the coal in the Mixture introduced into the bath to melt it hold and form a reducing gas. In addition, at least part of the reducing gas thus generated by the moving bed made of ore.

Nach der US-PS 4 585 476 wird ein Gefäß zur direkten Reduktion mit einem basischen Sauerstoff-Aufblas-Konverter (BOF = basic oxygen furnace) kombiniert sowie dieser Sauerstoff-Aufblas-Konverter mit dem durch die direkte Reduktion von eisenhaltigen Metalloxiden hergestellten DRI beschickt. Während des Schmelz- und Umschmelzverfahrens im Sauerstoff-Aufblas-Konverter wird genügend reduziertes Gas hergestellt, um im Reduktionsprozeß Eisenerz zu DRI zu reduzieren.According to US Pat. No. 4,585,476, a vessel is used for direct Reduction with a basic oxygen inflation converter (BOF = basic oxygen furnace) combined as well as this Oxygen inflation converter with direct through Reduction of iron-containing metal oxides produced DRI loaded. During the melting and remelting process in Oxygen inflation converter becomes enough reduced gas manufactured to iron ore to DRI in the reduction process to reduce.

Bei einem Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Roheisen und energiehaltigem Heißgas aus feinkörnigen Eisenerzen und Kohlenstoffträgern wird nach DE-OS 34 39 070 das Eisenerz bis zu Reduktionsgraden von mindestens 80% vorreduziert und anschließend in einem Schmelzreaktor durch Zugabe von Kohlenstoffträgern, Zuschlägen und sauerstoffhaltigen Medien unter Bildung des energiehaltigen reduzierenden Heißgases fertig reduziert sowie zu flüssigem Roheisen eingeschmolzen. Dieses Heißgas wird bis auf etwa 1000°C heruntergekühlt und anschließend zu einer wenigstens zweistufigen Reduktion der feinkörnigen Eisenerze genutzt, denen man während der Reduktion in der zweiten Reduktionsstufe feinkörnige Kohle und/oder Kalk zumischt. Überschüssiges Heißgas wird dann einem beliebigen Verwendungszweck zugeführt.In a process for the continuous production of Pig iron and energy-containing hot gas from fine-grained Iron ores and carbon carriers is according to DE-OS 34 39 070 the iron ore up to degrees of reduction of at least 80% pre-reduced and then in a melting reactor Addition of carbon carriers, supplements and oxygen-containing media with formation of the energy-containing reducing hot gas completely reduced as well as liquid Pig iron melted down. This hot gas gets down to about Chilled down to 1000 ° C and then into one at least two-stage reduction of fine-grained Iron ores used during the reduction in the second reduction stage fine-grained coal and / or lime mixes. Excess hot gas will then be any Purpose fed.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, das eingangs umrissene Verfahren zu verbessern sowie eine Anlage dafür zu schaffen.The inventor was aware of this state of the art set the goal to follow the procedure outlined above improve and create a facility for it.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Patentanspruches 1. Die Unteransprüche geben günstige Weiterbildungen an. In Bezug auf die Anlage ist die Lösung in Anspruch 14 angegeben.The teaching of the independent leads to the solution of this task Claim 1. The subclaims give favorable Training courses. Regarding the facility, the solution is in Claim 14 specified.

Erfindungsgemäß wird das abgeführte Gichtgas der Reaktionszone eines Schmelzofens, die mit vorgewärmtem Schrott, flüssigem Eisen, dem heißen direkten reduzierten Eisen aus dem Reduktionsreaktor oder Mischungen davon beschickt, als Brennstoffquelle zum Einschmelzen des direkt reduzierten Eisens und zur Raffination der Schmelze zu flüssigem Stahl der Reaktionszone des Schmelzofens zugeführt, wobei das Gichtgas aus dem mit einem Oxidationsgrad im Bereich von 0,05 bis 0,08 im Reduktionsreaktor vorhandenen Reduktionsgas gebildet und seine Zusammensetzung in Volumenprozenten etwa 28% bis 36% Wasserstoff, etwa 17% bis 21% Kohlenmonoxid, etwa 13% bis 17% Kohlendiodxid, etwa 2% bis 7% Methan, etwa 16% bis 18% Stickstoff und etwa 12% bis 17% Wasserdampf eingestellt wird. Denn es wird ein Verfahren zum Herstellen von flüssigem Stahl aus Eisenoxiden gewünscht, bei welchem Reaktoren für die direkte Reduktion mit Stahlschmelzöfen kombiniert werden und bei welchem bei der Reduktion des Eisenoxids genügend reduziertes Gas als Energiequelle für den zur Herstellung von flüssigem Stahl eingesetzten Schmelzofens in situ erzeugt wird.According to the blast furnace gas discharged Reaction zone of a melting furnace with preheated Scrap, liquid iron, the hot direct reduced Iron from the reduction reactor or mixtures thereof charged, as a fuel source for melting the direct reduced iron and for refining the melt liquid steel of the reaction zone of the melting furnace supplied, the blast furnace gas from the with a Degree of oxidation in the range of 0.05 to 0.08 im Reduction reactor existing reducing gas is formed and its composition in volume percent about 28% to 36% Hydrogen, about 17% to 21% carbon monoxide, about 13% up to 17% carbon dioxide, about 2% to 7% methane, about 16% up to 18% nitrogen and about 12% to 17% water vapor is set. Because it becomes a manufacturing process of liquid steel from iron oxides, in which Reactors for direct reduction with steel melting furnaces be combined and in which the reduction of the Iron oxide sufficiently reduced gas as an energy source for the used for the production of liquid steel Melting furnace is generated in situ.

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 invention, the reformed gas is in place produced in the reduction reactor by that of the reactor recirculated blast furnace gas mixed with natural gas the gas mixture to a temperature in the range of about 650 ° C to 750 ° C is preheated, preferably with Oxygenated and at a temperature 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, after which said gas mixture is partially is burned to produce a feed gas a temperature of 1000 ° C to 1100 ° C and one Degree of oxidation of about 0.30 to 0.35 and the feed gas is fed to the reaction zone. Will this gas mixture 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 Reduktions verfahren und gleichzeitig die eigentliche direkte Reduktion des eisenhaltigen Oxidmaterials. Zudem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von flüssigem Stahl in einem Schmelzofen, der 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 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 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 Eisenoxid-Aufgabe oder Charge für den Reduktionsreaktor 10 sowie einen Austrag 18 zur Entnahme von direkt reduziertem metallisiertem Eisen. Das dem Reduktionsreaktor 10 entnommene DRI wird einem Aufnahmesilo, Bunker, Trichter 60 oder dgl. Gefäß zugeführt, in dem es durch Abgase aus dem Schmelzofen 50 vorgewärmt wird, bevor dieser damit beschickt wird. Der Reduktionsreaktor 10 hat auch einen Auslaß 20 zur Entnahme von Gichtgasen.The system 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 oxide feed or charge for the reduction reactor 10 and one Discharge 18 for the removal of directly reduced metallized iron. The DRI removed from the reduction reactor 10 is fed to a receiving silo, bunker, funnel 60 or the like. A vessel in which it is preheated by exhaust gases from the melting furnace 50 before it is charged with it. The reduction reactor 10 also has an outlet 20 for the removal of top gases.

Die Eisenoxide können dem Reduktionsreaktor 10 in Form von Pellets zugeführt werden, die bevorzugt etwa 63 bis 68 Gew.-% Eisen enthalten. Das aus dem Reduktionsreaktor 10 entnommene direkt reduzierte Eisen beinhaltet bei einer bevorzugten Form etwa 85 bis 90 Gew.-% Eisen.The iron oxides can be fed to the reduction reactor 10 in the form of pellets, which preferably contain about 63 to 68% by weight of iron. In a preferred form, the directly reduced iron removed from the reduction reactor 10 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 η_o 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 η _o 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 Reaktionsreaktor 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 top gases removed from the reaction 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 about 40 ° C. to 60 ° C. and in which water is removed . The amount of water remaining in the gases after the device 22 is about 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 with 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 der 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 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 the reaction zone 12 is introduced, 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 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 incoming gas mixture preferably has a degree of oxidation in the range of approximately 0.30 to 0.35 and a reducing power in the range of 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 metalli sierten Eisenoxidbett in der Reaktionszone 12. Unter diesen Umständen wirkt das feste metallische Eisen als Katalysator und schafft etwa 12 bis 16 m²/g 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 / g of 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 Volumenzusammen setzung von 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 zu etwa 1450 NM³/Tonne in Bezug auf das Eisenoxidmaterial.The resulting reformed gas has a volume setting from 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 up to about 1450 NM³ / ton the iron oxide material.

Es hat sich erwiesen, daß aufgrund der endothermen Reaktion die Temperatur des Gases in der Reaktionszone auf eine Reaktions temperatur 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 Kohlenmonoxid menge bereit:The endothermic reaction (1) provides for the implementation of the following reaction required hydrogen and carbon monoxide quantity ready:

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

Die Reaktion in der Reaktionszone 12 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 Aufrechterhal tung der Reformierungsreaktion notwendige Kohlendioxid bereit.The reaction in reaction zone 12 takes place simultaneously with the reforming reaction on the solid surface. This contributes significantly to the overall efficiency of the process. The reaction (2) also provides the carbon dioxide necessary for the continuous maintenance of the reforming reaction.

Das aufsteigende, in der Reaktionszone 12 erzeugte, Reduktionsgas weist in seiner Zusammensetzung Methan, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserstoff, Stickstoff und Wasserdampf auf. Eine typische Volumenzusammensetzung sieht folgendermaßen aus: 5,4% CH₄; 25,4% 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 Vorwärmzone 14 abwärtsgehende Eisenoxidzufuhr des Reduktionsreaktors 10 vorzuwärmen und vorzureduzieren.The rising reducing gas generated in the reaction zone 12 has in its composition methane, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, nitrogen and water vapor. A typical volume composition looks like this: 5.4% CH₄; 25.4% 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 iron oxide supply of the reducing reactor 10 going down in the preheating zone 14 .

Ein Aufnahmesilo oder Trichter 10 befindet sich an einer geeigneten Stelle in der Ableitung der heißen Abgase des Schmelzofens 50 und wird mit dem aus aus dem Reduktionsreaktor 10 entfernten DRI - wie vorstehend erwähnt - beschickt. Auf diese Weise kann das DRI gelagert und heißgehalten werden, bis schließlich der Schmelzofen 50 damit beschickt wird. Das in dem vorstehend beschriebenen Reduktionsreaktor 10 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 50 erwärmt wird, gelagert werden. Zur Herstellung von flüssigem Stahl wird das heiße DRI vom Trichter 60 dem Schmelzofen 50 zusammen mit dem vorgewärmten Schrott aus dem Bunker oder Trichter 62 zugeführt und - wenn erwünscht - Flüssigmetall oder vorgeschmolzenes Eisen.A receiving silo or funnel 10 is located at a suitable point in the discharge of the hot exhaust gases from the melting furnace 50 and is fed with the DRI removed from the reduction reactor 10 , as mentioned above. In this way, the DRI can be stored and kept hot until finally the furnace 50 is charged with it. The DRI produced in the reduction reactor 10 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 exhaust gases from the melting furnace 50 . To produce liquid steel, the hot DRI is fed from hopper 60 to furnace 50 along with the preheated scrap from bunker or hopper 62 and, if desired, liquid metal or premelted iron.

Gichtgas aus dem Reduktionsreaktor 10 wird - wie vorher erwähnt - als Energiequell 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.

Zusätzlich kann beim Schmelzvorgang etwas feinverteilte bzw. feingemahlene Kohle pneumatisch zugeführt werden unter Verwendung von Stickstoff oder Kohlenwasserstoffen, wie z. B. Methan oder Propan, als Transportgas. Die Kühlung der bodenwärtigen Einspritzdüsen wird durch Kracken von Kohlenwasserstoffen erreicht.In addition, during the melting process some finely divided or finely ground coal can be fed pneumatically 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 Schlackenbildner werden - je nach Basengrad der Schlacke und der benötigten Stahlmenge - entweder durch den Boden des Schmelzofens injiziert, wenn sich der Flüssigmetallsumpf bildet, oder aber mit einer Lanze von oben her. 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. Sauerstofflanzen 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 über der Schmelze erhöht die Temperatur des Systems auf bis zu 2000°C, und erhöht so die Energieeffizienz im Schmelzofen.Finely divided slag formers are - depending on the base degree Slag and the required amount of steel - either through the Bottom of the furnace is injected when the Forms liquid metal sump, or with a lance from above. 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 lances used the entire afterburning of the during the melting 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 over the Melt increases 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 before entering cooling and washing system 70 are conveyed through a suitable refractory liner 68 to a fixed heat exchange system to preheat the scrap through direct or indirect contact and through indirect contact the DRI contained in a hopper that connects the reduction and melting furnaces and to preheat the oxygenated air in the preheater 72 before it is fed to the melting 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.

Claims

1. A method for producing liquid steel from iron oxides, in which in a reaction zone ( 12 ) of a reduction reactor ( 10 ), which has a bed of partially metallized iron oxide and directly reduced iron, a feed gas containing an oxygen-containing gas and natural gas with the partially metallized Brought into contact with iron oxide and the directly reduced iron, thereby forming a reducing gas rich in hydrogen and carbon monoxide, with which iron oxide is reduced and top gas is removed from the reduction reactor ( 10 ), characterized in that the removed top gas in the reaction zone of a melting furnace ( 50 ), which is fed with preheated scrap, liquid iron, the hot direct reduced iron from the reduction reactor or mixtures thereof, is supplied as a fuel source for melting the directly reduced iron and for refining the melt into liquid steel, the blast furnace gas coming from the with an oxidation degree in the range of 0.05 to 0.08 reducing gas present in the reduction reactor and its composition in volume percent to 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.

2. The method according to claim 1, characterized in that in the reaction zone ( 12 ) 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% water vapor.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that part of the blast furnace gas from the reduction reactor ( 10 ) is mixed with natural gas, that the mixture of blast furnace gas and natural gas is preheated to a temperature in the range from about 650 ° C to 750 ° C is that the air preheated to a temperature in the range of about 750 ° C to 800 ° C is mixed with the preheated mixture of blast furnace gas and natural gas in a mixing chamber ( 42 ), and that the mixture of blast furnace gas, natural gas and enriched air is partially burned and a feed gas is generated with a degree of oxidation in the range of about 0.30 to 0.35, a reducing power in the range of about 2% to 3% and a temperature of about 1000 ° C to 1100 ° C.

4. The method according to claim 3, characterized in that the gases are exposed to heated surfaces of directly reduced iron in the reaction zone ( 12 ), wherein the directly reduced iron is used as a catalyst and the temperature of the gases to a temperature in the range of about 800 ° C is lowered to 850 ° C.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the iron oxide in the reaction zone ( 12 ) using the in the reforming reaction according to the following reaction 2 FeO + H₂ + CO = Fe + H₂O + CO₂ (2) H₂ and CO is reduced to iron.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the iron oxide preheated as well is reduced by using an ascending part of the reformed, reducing gas is brought into contact.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the blast furnace gas leaving the reduction reactor ( 10 ) is cleaned and dewatered, and part of the cleaned and dewatered blast furnace gas preheaters for preheating the mixture of blast furnace gas and natural gas and the air supplied becomes.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that heated air or air enriched with O₂ with the mixture Top gas and natural gas is mixed.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the water vapor content of the blast furnace gas is set to about 1% to 3% and the blast furnace gas is then fed to the melting furnace ( 50 ).

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the melting furnace ( 50 ) with the blast furnace gas as a second fuel source coal, fuel oil, natural gas, heavy hydrocarbons or mixtures thereof are supplied.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the directly reduced iron removed from the reduction reactor ( 10 ) is heated by exhaust gases from the melting furnace before it is fed to the reaction zone ( 12 ) of the melting furnace ( 50 ).

12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the directly reduced iron from the reduction reactor ( 10 ) to the melting furnace ( 50 ) is adjusted to a carbon content of about 12% to 17%.

13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that before the reaction zone ( 12 ) this supplied scrap and the directly reduced iron are preheated by exhaust gases from the melting furnace ( 50 ).

14. Plant for performing the method according to at least one of claims 1 to 13, characterized in that a top gas outlet ( 20 ) of a reduction reactor ( 10 ) is connected to a reaction zone of a melting furnace ( 50 ) and this is connected downstream of the reaction zone ( 12 ) of the reduction reactor .

15. Plant according to claim 14, characterized in that the discharge ( 18 ) of the reaction zone ( 12 ) of the reduction reaction ( 10 ) is connected to at least one receiving vessel ( 60 ) in the exhaust gas stream of the melting furnace ( 50 ), which contains the contents of the receiving vessel after preheating records.

16. Plant according to claim 14 or 15, characterized in that the reaction zone ( 12 ) of the reduction reactor ( 10 ) upstream of at least one preheater ( 24 , 26 ) and this in the flow direction of the blast furnace gas upstream of the melting furnace ( 50 ) to the blast furnace gas line ( 28 ) of the reduction reactor is connected, the preheater and / or the top gas line being provided with inlets for natural gas and / or admixed air.