DE4421673C2

DE4421673C2 - Verfahren zur Herstellung von Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten aus eisenerzhältigen Einsatzstoffen

Info

Publication number: DE4421673C2
Application number: DE4421673A
Authority: DE
Inventors: Werner Leopold Kepplinger; Eduard Michaelis
Original assignee: Individual
Current assignee: MICHAELIS, EDUARD, DR., SEEWALCHEN, AT
Priority date: 1993-07-05
Filing date: 1994-06-23
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2014-06-24
Also published as: AT404254B; DE4421673A1; ATA132093A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten aus eisenerzhältigen Einsatzstoffen, die in einem Reduktions-Schachtofen mittels eines Reduktionsgases reduziert werden, wobei die erhaltenen reduzierten Eisenpartikel in einem Einschmelzvergaser unter Zuführung von Kohle und sauerstoffhältigem Gas bei gleichzeitiger Bildung des Reduktionsgases eingeschmolzen werden, das Reduktionsgas der Reduktionszone des Reduktions-Schachtofens zugeführt und nach Durchtritt durch diesen als Topgas abgezogen wird, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens. Auf DE 33 24 064 C2 wird verwiesen.

Ein Verfahren dieser Art ist ferner aus der EP 0 010 627 B1 bekannt. Bei diesem wird in der Einschmelzvergasungszone aus stückigen Kohlenstoffträgern durch Einblasen von sauerstoffhältigem Gas ein Fließbett gebildet, in welchem die in der Direktreduktionszone gebildeten und der Einschmelzvergasungszone von oben zugeführten Eisenschwammpartikel abgebremst und geschmolzen werden. In der Direktreduktionszone fällt eine große Menge an Topgas an, welches einen erheblichen Gehalt an Kohlenmonoxid und Wasserstoff aufweist. Das bei diesem Verfahren entstehende Topgas besteht zum Großteil aus H₂ und CO₂, weist jedoch auch noch einen beträchtlichen Anteil an CO auf. Kann dieses Topgas wirtschaftlich genutzt werden, liegen die Erzeugungskosten für Roheisen bzw. Stahlvorprodukte sehr niedrig.

Aus der DE 40 37 977 A1 ist es bekannt, zur Erhöhung der Roheisenerzeugungskapazität dieses Topgas nach einer Aufbereitung einem weiteren separaten Reduktionsschacht zur Herstellung von weiterem Eisenschwamm zuzuleiten. Der für die weitem Verwendung des Topgases hierbei störende CO₂-Anteil wird mittels physikalischer Adsorptionsanlagen (Druckwechseladsorption) quantitativ aus dem Gas entfernt. Es entsteht somit ein kaltes CO- und H₂-reiches Gas, welches nun wieder reduktionsaktiv ist und problemlos in einem weiteren Reduktionsschacht verwendet werden kann.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Roheisenerzeugungskapazität eines Hüttenwerkes durch Einsatz eines Hochofens zusätzlich zu dem eingangs beschriebenen Erzeugungsverfahren zu erhöhen. Hierbei soll das in der Direktreduktionszone anfallende Topgas wirtschaftlich für den Hochofen derart genutzt werden können, daß es zu einer Leistungssteigerung und/oder zur Senkung des Koksverbrauches im Hochofen kommt.

Hierbei stellt sich jedoch das Problem, daß nach der Entfernung des für die Verwendung in einem Hochofen störenden CO₂-Anteiles des Topgases das Topgas nur eine relativ niedrige Temperatur aufweist, für eine wirt schaftlich und technisch sinnvolle Verwendung im Hochofen jedoch eine Temperatur mindestens von etwa 800°C aufweisen sollte. Es ist daher erforderlich, das vom CO₂ gereinigte Topgas zusätzlich zu erwärmen. Führt man eine solche Erwärmung in einem Wärmetau scher durch, zerfällt der CO-Anteil des Topgases ent sprechend dem Boudouard-Gleichgewicht in elementa ren Kohlenstoff (Ruß) und CO₂.

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, diese Schwierigkeiten zu vermeiden und ein Verfahren zur Herstellung von Roheisen oder flüssigen Stahlvorpro dukten der eingangs beschriebenen Art unter Ausnut zung des hohen Reduktionspotentials des dabei entste henden Topgases mit einem in einem Hochofen durch geführten Reduktions- und Einschmelzverfahren zu kombinieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

- daß ein Teil der eisenerzhältigen Einsatzstoffe in einem Hochofen reduziert und eingeschmolzen wird,
- daß dem aus dem Reduktions-Schachtofen aus tretenden Topgas CO₂ entzogen wird,
- daß das weitgehend CO₂-freie Topgas mit hei ßem Stickstoff oder mit heißem stickstoff- und ar gonhältigem Gas vermischt und damit auf über 800°C erwärmt wird, wobei das Mischen in einer sehr kurzen Zeitspanne unter Vermeidung einer Umsetzung des CO-Gases durchgeführt wird, und
- daß das erwärmte Topgas in den Hochofen als Reduktionsgas eingeleitet wird.

Durch das Vermischen des gereinigten Topgases mit heißem Stickstoff oder mit heißem stickstoff- und ar gonhältigem Gas gelingt es, eine schnelle Aufheizung des Topgases unter einer Umgehung der Zersetzung des CO-Anteiles des Topgases durchzuführen, da das ungünstige Boudouard-Gleichgewicht extrem schnell durchlaufen werden kann.

Für eine besonders effiziente Erhitzung des gerei nigten Topgases ist es vorteilhaft, wenn das von CO₂ befreite Topgas vor seiner Aufheizung mit Hilfe des Stickstoffes oder des stickstoff- und argonhältigen Ga ses rekuperativ oder regenerativ auf einen Temperatur bereich zwischen 400 und 500°C vorerwärmt wird.

Ein bis zu etwa 450°C bereits vorerhitztes gereinigtes Topgas läßt sich dann durch Mischen mit dem heißen Stickstoff oder mit dem heißen stickstoff- und argonhäl tigen Gas in noch kürzerer Zeit auf eine Temperatur von über 800°C erwärmen, so daß das ungünstige Bou douard-Gleichgewicht noch schneller durchlaufen wer den kann.

Zweckmäßig wird Stickstoff oder stickstoff- und ar gonhältiges Gas zugemischt, der bzw. das eine Tempe ratur von etwa 1000°C aufweist, wobei der Stickstoff oder das stickstoff- und argonhältige Gas vorteilhaft rekuperativ oder regenerativ aufgeheizt wird.

Besonders kostengünstig läßt sich das erfindungsge mäße Verfahren verwirklichen, wenn der Stickstoff von einer Sauerstofferzeugungsanlage abgeleitet wird, die für die Herstellung des in den Einschmelzvergaser ein geleiteten sauerstoffhältigen Gases herangezogen wird.

Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemä ßen Verfahrens

- mit einem Reduktions-Schachtofen für stückiges Eisenerz, der eine Zuleitung für ein Reduktionsgas, eine Leitung für das in ihm gebildete Reduktions produkt sowie eine Topgas-Ableitung aufweist, und
- mit einem Einschmelzvergaser, in den eine das Reduktionsprodukt aus dem Reduktions-Schacht ofen zuführende Leitung mündet und der Zuleitun gen für sauerstoffhältige Gase und Kohlenstoffträ ger sowie eine in den Reduktions-Schachtofen mündende Zuleitung für gebildetes Reduktionsgas sowie Abstiche für Roheisen und Schlacke auf weist,

ist dadurch gekennzeichnet, daß die Topgas-Ableitung in eine CO₂

-Entfernungseinrichtung mündet, von der eine weitgehend CO₂

-freies Topgas zu einer Mischeinrichtung führende Leitung ausgeht, wobei in die Misch einrichtung eine ein heißes Stickstoffgas oder ein heißes stickstoff- und argonhältiges Gas zuführende Leitung mündet und von der Mischeinrichtung eine das heiße Mischgas einem Hochofen zuführende Leitung ausgeht.

Vorzugsweise mündet die das heiße Mischgas dem Hochofen zuführende Leitung in die Heißwindringlei tung des Hochofens ein, so daß für den Hochofen keine Umbauten erforderlich sind.

Zweckmäßig ist zwischen der CO₂-Entfernungsein richtung und der Mischeinrichtung eine Vorwärmein richtung, wie ein Rekuperator oder Regenerator, vorge sehen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform geht die das Stickstoffgas zur Mischeinrichtung zuführende Lei tung von einer Sauerstofferzeugungsanlage aus, deren Sauerstoff-Leitung in den Einschmelzvergaser mündet.

Vorteilhaft ist der Mischeinrichtung eine Heizeinrich tung für den Stickstoff oder das stickstoff- und argon hältige Gas, wie ein Rekuperator oder Regenerator, vorgeordnet.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausfüh rungsbeispieles, das in der Zeichnung in schematischer Darstellung dargestellt ist, näher erläutert.

Mit 1 ist eine als Reduktions-Schachtofen ausgebilde te Direktreduktionseinrichtung bezeichnet, in deren Di rekt-Reduktionszone 2 von oben über eine Zuleitung 3 stückige eisenoxidhältige Einsatzstoffe 4, gegebenen falls zusammen mit über eine Zuleitung 5 eingebrachten ungebrannten Zuschlägen, chargiert werden. Der Schachtofen 1 steht mit einem Einschmelzvergaser 6 in Verbindung, in dem aus Kohlenstoffträgern und sauer stoffhältigem Gas ein Reduktionsgas erzeugt wird, wel ches über eine Zuleitung 7 dem Schachtofen 1 zugeführt wird, wobei in der Zuleitung 7 eine Gasreinigungs- und eine Gaskühlungseinrichtung 8 vorgesehen sind.

Der Einschmelzvergaser 6 weist eine Zuführung 9 für feste, stückige Kohlenstoffträger, Zuleitungen 10, 11 für sauerstoffhältige Gase und Zuleitungen 12, 13 für bei Raumtemperatur flüssige oder gasförmige Kohlenstoff träger, wie Kohlenwasserstoffe, sowie für gebrannte Zuschläge auf. In dem Einschmelzvergaser 6 sammelt sich unterhalb der Einschmelzvergasungszone 15 schmelzflüssiges Roheisen 16 und schmelzflüssige Schlacke 17, die über je einen eigenen Abstich 18, 19 getrennt abgestochen werden.

Das im Schachtofen 1 in der Direktreduktionszone 2 zu Eisenschwamm reduzierte stückige Erz wird zusam men mit den in der Direktreduktionszone 2 gebrannten Zuschlägen über den Schachtofen 1 mit dem Ein schmelzvergaser 6 verbindende Leitungen 20 zugeführt, beispielsweise mittels nicht dargestellter Austrags schnecken.

Am oberen Teil des Schachtofens 1 schließt eine Top gas-Ableitung 21 für das sich in der Direktreduktionszo ne 2 bildende Topgas an. Dieses Topgas, das eine Tem peratur von etwa 300°C aufweist, wird über eine Gas reinigungseinrichtung 22 einem CO₂-Wäscher 23 zuge leitet, bei dessen Eintritt es eine Temperatur von etwa 50°C aufweist. Die chemische Zusammensetzung des Topgases lautet wie folgt:
35% CO₂
40% CO
20% H₂
5% N₂ u. a.

Nach Austritt aus dem CO₂-Wäscher weist das im wesentlichen CO₂-freie Topgas folgende chemische Zu sammensetzung auf:
60% CO
30% H₂
3% CO₂
7% N₂ u. a.

Es wird sodann mit einer Temperatur von 50°C einem Rekuperator oder einem Regenerator 24 zugeführt, in dem es auf eine Temperatur von etwa 450°C aufge wärmt wird. Danach gelangt das gereinigte und im we sentlichen CO₂-freie Topgas in eine Mischeinrichtung 25 mit einer Mischkammer 26, in der es mit heißem Stickstoff (oder mit heißem stickstoff- und argonhälti gem Gas) in einer sehr kurzen Zeitspanne gemischt und auf 850 bis 950°C aufgeheizt wird. Der Stickstoff wird als Nebenprodukt aus einer Sauerstofferzeugungsanla ge 27 gewonnen, die für die Herstellung des in den Ein schmelzvergaser 6 eingeleiteten sauerstoffhältigen Ga ses dient. Der Stickstoff, der über die Leitung 28 der Mischeinrichtung 25 zugeführt wird, wird vor Einleiten in die Mischkammer 26 in einem Rekuperator oder Re generator 29 auf etwa 1000°C erwärmt.

Das mit heißem Stickstoff in der Mischkammer 26 gemischte Topgas weist folgende chemische Zusam mensetzung auf:
30% CO
1,5% CO₂
15% H₂
53,5% N₂.

Das in der Mischkammer 26 aufgeheizte und von CO₂ im wesentlichen befreite Topgas wird über eine Leitung 30 einer Heißwindringleitung 31 eines Hochofens 32 zugeführt. Dem Hochofen, der von beliebiger her kömmlicher Bauart sein kann, werden über eine Zulei tung 33 von oben Erz 4 samt Zuschlägen zugeleitet. Schmelzflüssiges Roheisen 16 und schmelzflüssige Schlacke 17 werden in üblicher Weise über eigene Ab stiche 34, 35 abgestochen. Heißwind kann über die Heißwindzuleitung 36 zugeführt werden.

Erfindungsgemäß ergehen sich folgende Vorteile:

- Besonders effiziente Erweiterung der Roheisen herstellungskapazität bei bereits vorhandenem Hochofen durch das Direktreduktionsverfahren.
- Wirtschaftliche Verwertung des bei dem Direk treduktionsverfahren anfallenden Topgases zur zu sätzlichen Herstellung von Roheisen in vorhande nen Hochöfen.
- Einsparung von Koks im Hochofen, da ein Teil der Vorreduktion (indirekte Reduktion) des Erzes mittels des eingedüsten gereinigten Topgases erfol gen kann.
- Leistungssteigerung des Hochofens durch Erhö hung der Metallisierung des Möllers und damit Verbesserung des Wärmehaushaltes im Rast- und Herdbereich des Hochofens.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten aus eisenerzhältigen Einsatzstoffen (4), die in einem Reduktions- Schachtofen (1) mittels eines Reduktionsgases re duziert werden, wobei die erhaltenen reduzierten Eisenpartikel in einem Einschmelzvergaser (6) un ter Zuführung von Kohle und sauerstoffhältigem Gas bei gleichzeitiger Bildung des Reduktionsgases eingeschmolzen werden, das Reduktionsgas der Reduktionszone (2) des Reduktions-Schachtofens (1) zugeführt und nach Durchtritt durch diesen als Topgas abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet,

- daß ein Teil der eisenerzhältigen Einsatz stoffe in einem Hochofen (32) reduziert und eingeschmolzen wird,
- daß dem aus dem Reduktions-Schachtofen (1) austretenden Topgas CO₂ entzogen wird,
- daß das weitgehend CO₂-freie Topgas mit heißem Stickstoff oder mit heißem stickstoff- und argonhältigem Gas vermischt und damit auf über 800°C erwärmt wird, wobei das Mi schen in einer sehr kurzen Zeitspanne unter Vermeidung einer Umsetzung des CO-Gases durchgeführt wird, und
- daß das erwärmte Topgas in den Hochofen (32) als Reduktionsgas eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das von CO₂ befreite Topgas vor sei ner Aufheizung mit Hilfe des Stickstoffes oder des heißen stickstoff- und argonhältigen Gases rekupe rativ oder regenerativ auf einen Temperaturbe reich zwischen 400 und 500°C vorerwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß Stickstoff oder stickstoff- und argonhältiges Gas zugemischt wird, der bzw. das eine Temperatur von etwa 1000°C aufweist.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der An sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stickstoff oder das stickstoff- und argonhältige Gas rekuperativ oder regenerativ aufgeheizt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der An sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stickstoff von einer Sauerstofferzeugungsanlage (27) abgeleitet wird, die für die Herstellung des in den Einschmelzvergaser (6) eingeleiteten sauer stoffhältigen Gases herangezogen wird.

6. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,

- mit einem Reduktions-Schachtofen (1) für stückiges Eisenerz (4), der eine Zuleitung (7) für ein Reduktionsgas, eine Leitung (20) für das in ihm gebildete Reduktionsprodukt sowie ei ne Topgas-Ableitung (21) aufweist, und
- mit einem Einschmelzvergaser (6), in den eine das Reduktionsprodukt aus dem Reduk tions-Schachtofen (1) zuführende Leitung (20) mündet und der Zuleitungen (9 bis 13) für sau erstoffhältige Gase und Kohlenstoffträger so wie eine in den Reduktions-Schachtofen (1) mündende Zuleitung (7) für gebildetes Reduk tionsgas sowie Abstiche (18, 19) für Roheisen (16) und Schlacke (17) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Topgas-Ablei tung (21) in eine CO₂-Entfernungseinrichtung (23) mündet, von der eine das weitgehend CO₂-freie Topgas zu einer Mischeinrichtung (25) führende Leitung ausgeht, wobei in die Mischeinrichtung (25) eine ein heißes Stickstoffgas oder ein heißes stick stoff- und argonhältiges Gas zuführende Leitung (28) mündet und von der Mischeinrichtung (25) eine das heiße Mischgas einem Hochofen (32) zuführen de Leitung (30) ausgeht.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß die das heiße Mischgas dem Hochofen (32) zuführende Leitung (30) in die Heißwindringleitung (31) des Hochofens (32) einmündet.

8. Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen der CO₂-Entfernungsein richtung (23) und der Mischeinrichtung (25) eine Vorwärmeinrichtung (24), wie ein Rekuperator oder Regenerator, vorgesehen ist.

9. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprü che 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die das Stickstoffgas zur Mischeinrichtung (25) zuführende Leitung (28) von einer Sauerstofferzeugungsanlage (27) ausgeht, deren Sauerstoff-Leitung (10, 11) in den Einschmelzvergaser (15) mündet.

10. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprü che 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Misch einrichtung (25) eine Heizeinrichtung (29) für den Stickstoff oder das stickstoff- und argonhältige Gas, wie ein Rekuperator oder Regenerator, vor geordnet ist.