DE4224055C1 - Verfahren zur Herstellung von Stahl - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Stahl, bei dem Feinerz und/oder Pellets und/oder Stückerz in einem Reduktionsaggregat zu Eisenschwammpartikeln reduziert, nach dem Ausbringen aus dem Reduktionsaggregat heißbrikettiert und nach dem Heißbrikettieren einem Frischgefäß zugeführt wird bzw. werden.

Ein solches Verfahren ist aus der DE 29 35 706 C2 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt ein Verfahren zur Direktreduktion von Metalloxiden zu einem heißen, metallisierten Eisenprodukt in fester Form. Das Eisenprodukt wird dann zur Stahlherstellung in ein Schmelzgefäß überführt. Die Anlage umfaßt einen Reduktionsofen, an dessen Auslaß eine Heißbrikettierungsanlage angeordnet ist. Das heiße Brikettprodukt kann entweder in einen Abschrecktank entladen oder mittels irgendwelcher anderer Mittel, etwa durch Luftkühlung, abgekühlt werden. Dadurch sind zusätzliche Energiemengen im Schmelzgefäß aufzuwenden, um die Eisenschwammbriketts wieder auf entsprechende Temperatur zu bringen.

Weiterhin ist aus der DE 29 35 707 C2 eine Alternative zum Heißbrikettierverfahren offenbart, bei der die heißen Eisen­ schwammpartikel aus dem Reduktionsofen direkt in einen Behälter entleert werden. Der Behälter wird nach dem Füllen dicht ver­ schlossen und dann zu einem Elektroofen zur Stahlherstellung transportiert, in den die Eisenschwammpartikel in heißem Zustand eingefüllt werden.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, das Verfahren der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß eine Energieersparnis erzielt wird.

Dieses Problem wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Eisenschwammbriketts unter möglichst geringem Wärmeverlust zum Frischgefäß transportiert, in vom Heißbrikettieren heißem Zustand dem Frischgefäß über einen vorgeschalteten Vorwärmer zugeführt werden, in den aus dem Frischgefäß austretende heiße Abgase zum Erwärmen der Eisenschwammbriketts eingeleitet werden, und im Frischgefäß unter Zugabe von Kohlenstoffträgern und Sauerstoff gefrischt werden.

Zwar ist aus der DE 37 35 150 A1 ein Verfahren zum Zu­ führen von Wärmeenergie in eine Metallschmelze bekannt, bei dem jedoch metallummantelte Kohlebriketts in einen Chargiergut­ vorwärmer eingefüllt werden. Der Chargiergutvorwärmer ist über dem Schmelzgefäß angeordnet. Weiterhin werden die heißen Ab­ gase des Schmelzgefäßes zum Aufwärmen der Kohlebriketts und des Schrottes in den Chargiergutvorwärmer eingeleitet. Die Verwendung eines Vorwärmens für Eisenschwammbriketts lehrt diese Druckschrift nicht.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die großen Energie­ mengen, die nach dem Heißbrikettieren noch in den Eisenschwamm­ briketts gespeichert sind, dem Prozeß im Frischgefäß zur Ver­ fügung gestellt. Etwaige Verluste, die auf dem Weg von der Heißbrikettierungsanlage zum Frischgefäß auftreten, werden auf einfachste Weise durch einen dem Frischgefäß vorgeschalteten Vorwärmer ausgeglichen. Hierbei kann auf vorhandene Anlagen­ konzepte zurückgegriffen werden. Insbesondere ist unter dem Namen EOF (Energy Optimising Furnace) ein Stahlherstellungs­ ofen bekannt geworden, der ein Frischgefäß und einen vorge­ schalteten Vorwärmer zum Erwärmen und Chargieren von Schrott umfaßt. Dieser zum Schrotteinsatz gedachte Vorwärmer wird nun bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum verlustwärmeausglei­ chenden Erhitzen der Eisenschwammbriketts benutzt. Weiter­ hin weist das erfindungsgemäße Verfahren die Besonderheit auf, daß es als Wärmequelle für den Frischvorgang neben Sauerstoff auch Kohlenstoffträger benötigt. Der Kohlenstoff wird im Schmelzbad gelöst und ermöglicht durch den in das Schmelz­ bad eingeblasenen Sauerstoff ein optimales Wärmeeinbringen in die Schmelze. Die durch die Verbrennung des Kohlenstoffs er­ zeugten Abgase werden im Frischgefäß nachverbrannt und in den Vorwärmer zum Erhitzen der Eisenschwammbriketts eingeleitet. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch geringe Herstellungskosten aus, da z. B. kein zusätzliches Einbringen von Wärme mittels elektrischer Energie erforderlich ist.

Außer den oben genannten Schriften ist aus der DE 38 06 861 C1 eine Transportanlage für heißen Eisenschwamm bekannt. In dieser Transportanlage werden Zwischenbunker und wärmeisolierte Trans­ portbehälter eingesetzt. Die Transportbehälter sind mit Ver­ schlußorganen, z. B. Klappenverschlüssen, an ihrer oberen und ihrer unteren Öffnung ausgerüstet. Die Bunker und Transport­ behälter werden derart versetzt zueinander geleert und gefüllt, daß eine kontinuierliche Zuführung von Eisenschwamm zu einer Brikettierungsanlage erfolgen kann.

In der DE 40 41 689 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Stahl aus eisenhaltigen Metalloxiden beschrieben. Dort wird u. a. das Zwischenlagern von heißem Eisenschwamm in einem Bunker offenbart.

Durch das Verwenden wärmeisolierter Behälter gemäß Anspruch 2 kann dem Wärmeverlust der Eisenschwammbriketts entgegengewirkt werden. Außerdem stellt das Verwenden von wärmeisolierten Behältern eine kostengünstige Lösung der gestellten Aufgabe dar.

Durch das Merkmal des Anspruchs 3 kann ein Chargieren des Frischgefäßes aus einem einzigen wärmeisolierten Behälter auf einfachste Weise erfolgen. Verzögerungen beim Füllen des Frischgefäßes treten hierdurch nicht auf. Ebenfalls wird dann der gesamte Inhalt des wärmeisolierten Behälters in das Frischgefäß eingesetzt, wodurch nicht unnötigerweise heiße Eisenschwammbriketts im wärmeisolierten Gefäß länger als nötig gelagert werden.

Bei der Verfahrensvariante nach Anspruch 4 werden Zeitverluste, z. B. durch zusätzliches Kippen oder Drehen des wärmeisolierten Behälters, vermieden. Das Füllen des wärmeisolierten Behälters an der Heißbrikettieranlage erfolgt dann durch die oben liegende Einlaßöffnung, die nach dem Füllvorgang erschlossen wird. Danach erfolgt der Transport des wärmeisolierten Behälters zum Frischgefäß. Am Frischgefäß wird dann die unten liegende Auslaßöffnung geöffnet und der Chargiervorgang des Frischgefäßes beginnt. Diese Funktionsweise des wärmeisolierten Behälters erfordert keine energieverschlingenden Kipp- oder Wendeeinrichtungen für die jeweiligen Füllvorgänge.

Durch das Aufteilen des Transportes der Eisenschwammbriketts auf zwei wärmeisolierte Behälter gemäß Anspruch 5 können das Verfahren des Heißbrikettierens des Eisenschwamms und der chargenweise Frischvorgang im Frischgefäß aufeinander abgestimmt werden. Das Füllen des wärmeisolierten Behälters und das anschließende Transportieren zum Frischgefäß dauert dann etwa so lange wie der Frischvorgang einer Charge im Frischgefäß. Währenddessen wird der zweite wärmeisolierte Behälter mit heißen Eisenschwammbriketts gefüllt. Das Reduktionsaggregat mit anschließendem Heißbrikettieren und das Frischgefäß können somit optimal ausgelastet werden. Ohne nennenswerte Zeitverluste kann eine Charge nach der anderen im Frischgefäß verarbeitet werden.

Von Vorteil ist es, wenn das Verfahren nach Anspruch 6 ausgestaltet wird. Krananlagen sind die bevorzugten Transportmittel im Hüttenwesen und somit durch ihren weitverbreiteten Einsatz relativ preisgünstig. Durch das schwebende Befördern der wärmeisolierenden Kübel sind keine zusätzlichen platzverschlingenden Transportwege nötig. Krananlagen sind außerdem oftmals Bestandteil von vorhandenen Anlagen, die zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe herangezogen werden können.

Durch das zwischenzeitliche Lagern in Bunkern gemäß Anspruch 7 können Verzögerungen, die während des Transportvorganges und/oder Verfahrensablaufes auftreten, durch gezielte Anordnung der Bunker ausgeglichen werden. Ein reibungsloser Ablauf des gesamten Verfahrens ist somit gewährleistet. Die Pufferwirkung der Bunker vereinfacht weiterhin den Übergang vom kontinuierlichen Herstellen der Eisenschwammbriketts zum diskontinuierlichen chargenweisen Frischvorgang.

Bevorzugt werden gemäß Anspruch 8 wärmeisolierte Bunker verwendet. Somit werden auch Wärmeverluste beim Lagern in den Bunkern soweit wie möglich reduziert.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf in schematischer Darstellung,

Fig. 2 ein bevorzugtes Zeitschema für den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf nach Fig. 1,

Fig. 3 einen wärmeisolierten Behälter für den Transport von Eisenschwammbriketts,

Fig. 4 einen wärmeisolierten Bunker für das Lagern von Eisenschwammbriketts in halb geschnittener Ansicht.

Für den in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Verfahrensablauf wird ein Ausgangsprodukt 1 benötigt. Für das Stahlherstellungsverfahren steht als Ausgangsprodukt 1 Feinerz und/oder Pellets und/oder Stückerz zur Verfügung. Das Ausgangsprodukt 1 wird in einem kontinuierlichen Prozeß einem Reduktionsaggregat 2 zugeführt. In dem Reduktionsaggregat 2 wird das Ausgangsprodukt 1 unter Einwirkung eines Reduktionsmittels 3 zu Eisenschwammpartikeln umgewandelt. Die Herstellung von Eisenschwamm im Reduktionsaggregat 2 erfolgt unter starker Wärmeeinwirkung. Die aus dem Reduktionsaggregat 2 heiß ausgetragenen Eisenschwammpartikel werden einer Heißbrikettierungsanlage 4 zugeführt. Die Heißbrikettierungsanlage 4 ist bevorzugt als Walzenpreßanlage ausgebildet. Nach dem Herstellen der Eisenschwammbriketts in der Heißbrikettierungsanlage 4 werden die Eisenschwammbriketts in einem ersten Bunker 5 zwischengelagert.

Wie in Fig. 4 zu sehen ist, weist der erste Bunker 5 einen Gehäusemantel 6 auf, der an seiner Innenseite mit einer wärmeisolierenden Schicht 7 ausgekleidet ist. Am oberen Ende 8 des ersten Bunkers 5 befindet sich ein trichterförmiger Einfüllstutzen 9. Der Einfüllstutzen 9 erleichtert das Einführen von Eisenschwamnbriketts. Die Entnahme der in dem ersten Bunker 5 gelagerten Eisenschwammbriketts erfolgt durch dessen unteres Ende 10.

Nach dem Zwischenlagern im ersten Bunker 5 werden die Eisenschwammbriketts in einen Kübel 11 gefüllt. Der Kübel 11 ist in dieser Füllstellung bevorzugt auf einem nicht dargestellten Wagen angeordnet.

In Fig. 3 ist der genaue Aufbau des Kübels 11 zu erkennen. Der Kübel 11 weist ein innen hohl ausgebildetes Gehäuse 12 auf, das im oberen Bereich mit einer beidseitig vorstehenden Hakentraverse 13 zum Anhängen an eine nicht dargestellte Krananlage versehen ist. In seinem oberen Behälterabschnitt 14 befindet sich eine mit einem Deckel 15 verschließbare Einlaßöffnung 16. Der Kübel 11 ist zur stehenden Aufnahme auf einem nicht dargestellten Wagen oder Abstellen auf einer Grundplatte mit einem Ständergestell 17 versehen. An einem unteren Behälterabschnitt 18 ist eine mit einer Verschließeinrichtung 19 verriegelbare Auslaßöffnung 20 angeordnet. Der Kübel 11 ist wie der erste Bunker 5 an seiner Innenwandung mit einer nicht dargestellten wärmeisolierenden Schicht versehen.

Der Kübel 11 wird durch den Wagen in eine Aufnahmeposition 21 (Fig. 1) zum Anhängen an ein nicht dargestelltes Hebezeug gefahren. Der Kübel 11 wird von dem Hebezeug aufgenommen und zum Entleeren in eine Position oberhalb eines zweiten Bunkers 22 gebracht. Der zweite Bunker 22 ist von gleichem oder ähnlichem Aufbau wie der erste Bunker 5. Nach dem Zwischenlagern im zweiten Bunker 22 werden die Eisenschwammbriketts entsprechend dem Chargentakt einem Frischgefäß 24 zugeführt. Durch den Transport und das Zwischenlagern in wärmeisolierten Kübeln 11 verlieren die heißgepreßten Eisenschwammbriketts auf ihrem Weg von der Heißbrikettierungsanlage 4 zum Frischgefäß 24 kaum an Wärme.

Ein unvermeidbarer kleiner Wärmeverlust wird dadurch ausgeglichen, daß dem Frischgefäß 24 ein Vorwärmer 23 vorgeschaltet ist, den die Briketts auf ihrem Weg in das Frischgefäß 24 durchlaufen. Durch die in den Vorwärmer 23 einströmenden heißen Abgase des Frischgefäßes 24 werden die ohnehin heißen Eisenschwammbriketts rasch weiter erhitzt.

In das Frischgefäß 24 werden Kohlenstoffträger und Sauerstoff eingeleitet. Nach Beenden des Frischvorganges wird der erzeugte Stahl in eine Pfanne 25 zur Weiterverwertung abgefüllt.

Im folgenden wird die Wirkungs- und Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Ablaufdiagramms mit Hilfe der Fig. 2 näher erläutert.

Die Fig. 2 beschreibt die Funktionsweise beim Transport vom ersten Bunker 5 zum zweiten Bunker 22 mit Hilfe von zwei Kübeln 11. Im oberen Abschnitt der Fig. 2 ist mit den Zeiten T1 bis T14 der gesamte Verfahrensweg eines Kübels 11 vom ersten Bunker 5 bis zum zweiten Bunker 22 und wieder zurück aufgezeigt. Zum besseren Verständnis sind zu den Zeiten T1 bis T14 beispielhafte, bei einem Versuchsablauf ermittelte Zeiten in Minuten angegeben. Die Zeit T1 startet, nachdem der Kübel 11 aus dem ersten Bunker 5 gefüllt wurde. Die Zeit T1 umfaßt dabei folgende Tätigkeiten:
ersten Bunker 5 verschließen,
Kübel 11 verschließen,
Strom- und Signalkabel lösen.

Der Kübel 11 ist bei diesem Vorgang auf einem Wagen angeordnet. Ebenfalls sind in der Fig. 2 beispielhaft Wege und Geschwindigkeiten zur Ermittlung der einzelnen Verfahrzeiten angegeben. Die Zeit T2 zeigt die Dauer für die Wagenfahrt vom ersten Bunker 5 zur Aufnahmeposition 21 an. Entsprechend der Zeit T3 dauert an der Aufnahmeposition 21 das Einhängen des Hebezeuges in den Kübel 11. Die Zeit T4 zeigt den senkrechten Verfahrweg und die Zeit T5 den waagerechten Verfahrweg des Hebezeugs in Richtung des zweiten Bunkers 22 an. Das Andocken an den zweiten Bunker 22 benötigt die Zeit T6. Von der Zeit T6 sind folgende Tätigkeiten umfaßt:
Hebezeug aushängen,
Strom- und Signalkabel legen,
Kübel 11 öffnen.

Danach werden in der Zeit T7 die Eisenschwammbriketts vom Kübel 11 in den zweiten Bunker 22 entleert. Die Zeiten T8 bis T14 zeigen in umgekehrter Reihenfolge den Rückfahrweg des nun leeren Kübels 11 auf. Dabei umfaßt die Zeit T14 das erneute Füllen des Kübels 11 mit Eisenschwammbriketts.

Im unteren Teil der Fig. 2 ist nun gezeigt, wie das zeitlich versetzte Transportieren der Eisenschwammbriketts durch zwei Kübel 11 organisiert ist. Deutlich zu sehen ist, daß die Füllzeit T14 des zweiten Kübels nahtlos in die Füllzeit T14 des ersten Kübels übergeht. Dadurch ist ein nahezu kontinuierliches Produzieren von Eisenschwammbriketts gewährleistet. Dieses nahezu nahtlose Abwechseln der Kübel läßt keine Leerlaufzeiten entstehen, die zu einem unnötigen Wärmeverlust der Eisenschwammbriketts führen könnten. Die wärmeisolierten Kübel 11 tragen ein weiteres dazu bei, daß auf dem Transportweg vom ersten Bunker 5 zum zweiten Bunker 22 die Temperatur der Eisenschwammbriketts nahezu konstant gehalten werden kann. Das Verwenden eines Vorwärmers 23 in Kombination mit den wärmeisolierten Kübeln 11 und Bunkern 5 und 22 läßt beim erfindungsgemäßen Verfahren den Energieverbrauch in spürbarem Maße sinken.

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen von Stahl, bei dem Feinerz und/oder Pellets und/oder Stückerz in einem Reduktionsaggregat (2) zu Eisenschwammpartikeln reduziert, nach dem Ausbringen aus dem Reduktionsaggregat (2) heißbrikettiert und nach dem Heißbrikettieren einem Frischgefäß zugeführt wird bzw. werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenschwammbriketts unter möglichst geringem Wärmeverlust zum Frischgefäß (24) transportiert, in vom Heißbrikettieren heißem Zustand dem Frischgefäß (24) über einen vorgeschalteten Vorwärmer (23) zugeführt werden, in den aus dem Frischgefäß (24) austretende heiße Abgase zum Erwärmen der Eisenschwammbriketts eingeleitet werden, und im Frischgefäß (24) unter Zugabe von Kohlenstoffträgern und Sauerstoff gefrischt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenschwammbriketts nach dem Heißbrikettieren von einem wärmeisolierten Behälter aufgenommen, zu dem Frischgefäß (24) transportiert und dem Frischgefäß (24) bzw. dem Vorwärmer (23) zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fassungsvermögen des wärmeisolierten Behälters im wesentlichen dem des Frischgefäßes (24) angeglichen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein wärmeisolierter Behälter verwendet wird, der eine an einem oberen Behälterabschnitt (14) angeordnete und verschließbare Einlaßöffnung (16) und eine an einem unteren Behälterabschnitt (18) angeordnete und verschließbare Auslaßöffnung (20) aufweist.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenschwammbriketts nach dem Heißbrikettieren abwechselnd von einem von mindestens zwei wärmeisolierten Behältern aufgenommen und zeitlich versetzt so an das Frischgefäß (24) herangeführt werden, daß ein im wesentlichen kontinuierliches Füllen der wärmeisolierten Behälter nach dem Heißbrikettieren erzielt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als wärmeisolierter Behälter ein von einem Hebezeug aufnehmbarer Kübel (11) verwendet wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenschwammbriketts in einem oder mehreren Bunkern (5, 22) heiß zwischengelagert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenschwammbriketts in wenigstens einem wärmeisolierten Bunker (5 bzw. 22) zwischengelagert werden.