DE4437549C2 - Verfahren zur Herstellung von metallischem Eisen aus feinkörnigem Eisenerz - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von metallischem Eisen aus feinkörnigem EisenerzInfo
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- DE4437549C2 DE4437549C2 DE4437549A DE4437549A DE4437549C2 DE 4437549 C2 DE4437549 C2 DE 4437549C2 DE 4437549 A DE4437549 A DE 4437549A DE 4437549 A DE4437549 A DE 4437549A DE 4437549 C2 DE4437549 C2 DE 4437549C2
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von metallischem Eisen aus feinkörnigem Eisenerz in der
Wirbelschicht. Unter dem Begriff "metallisches Eisen" werden
entsprechend der Erfindung metallisches Eisen in Form von
Eisenschwamm und Fe₃C, das aus intermediär gebildetem
Eisenschwamm erzeugt wird, sowie Mischungen aus metallischem
Eisen und Fe₃C verstanden.
Neben Verfahren zur Direktreduktion von Eisenerz im
Drehrohrofen sind insbesondere auch Direktreduktionsverfahren in
der Wirbelschicht beschrieben. Ein derartiges besonders
effektives Verfahren ist aus der EP-B 0 255 180 bekannt. Der
Einsatz von Feinerzen mit einer Korngröße < 50 µm führt jedoch
häufig zu unbefriedigenden Ergebnissen, weil zum einen eine
unvollständige Abscheidung im Heißzyklon, der dem
Wirbelschichtreaktor üblicherweise nachgeschaltet ist, nicht
möglich ist und zum anderen, bei der Fertigreduktion die
Fluidisierungsgeschwindigkeit im Wirbelschichtreaktor
verringert werden muß, so daß die Durchsatzleistung niedrig ist
oder aber sehr große Reaktoren verwendet werden müssen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin,
wirtschaftliche und umweltschonende Verfahren zur Herstellung
von metallischem Eisen aus feinkörnigem Eisenerz in der
Wirbelschicht bereitzustellen, die die vorgenannten Nachteile
nicht aufweisen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird entsprechend der ersten Ausgestaltung der Erfindung dadurch gelöst,
daß man
- a) aus dem feinkörnigen Eisenerz durch Zugabe mindestens eines Bindemittels Teilchen mit einer Teilchengröße von < 0,1 bis 5 mm formt,
- b) die Teilchen gemäß Verfahrensstufe (a) trocknet,
- c) die gemäß Verfahrensstufe (b) getrockneten Teilchen bei einer Temperatur von 700 bis 1100°C thermisch behandelt,
- d) in einer ersten Reduktionsstufe die thermisch
behandelten Teilchen in den Wirbelschichtreaktor
eines zirkulierenden Wirbelschichtsystems chargiert,
heißes Reduktionsgas als Fluidisierungsgas in den
Wirbelschichtreaktor eingeleitet wird, wobei eine
Vorreduktion erfolgt, die aus dem
Wirbelschichtreaktor ausgetragene Suspension im
Rückführzyklon der zirkulierenden Wirbelschicht
weitgehend von Feststoff befreit und den
abgeschiedenen Feststoff in den Wirbelschichtreaktor
derart zurückleitet wird, daß innerhalb der
zirkulierenden Wirbelschicht der stündliche
Feststoffumlauf mindestens das Fünffache des im
Wirbelschichtreaktor befindlichen Feststoffgewichts
beträgt,
Feststoff aus der ersten Reduktionsstufe in einer zweiten Reduktionsstufe in eine klassische Wirbelschicht geleitet wird, heißes Reduktionsgas als Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht leitet, den restlichen Sauerstoff abbaut und den Eisengehalt weitgehend in Fe₃C überführt, das Abgas aus der klassischen Wirbelschicht als Sekundärgas in den Wirbelschichtreaktor der ersten Reduktionsstufe leitet und aus der klassischen Wirbelschicht das Fe₃C enthaltende Produkt abzieht,
das Abgas aus dem Rückführzyklon der ersten Reduktionsstufe unter den Taupunkt abgekühlt und Wasser aus dem Abgas auskondensiert,
einen Teilstrom des Abgases abführt,
den restlichen Teilstrom nach einer Aufstärkung durch Zugabe von reduzierendem Gas und Aufheizung als Kreislaufgas zum Teil als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor der ersten Reduktionsstufe und zum Teil in die Wirbelschicht der zweiten Reduktionsstufe leitet.
Das in der Verfahrensstufe d) angewendete System der zirkulierenden Wirbelschicht besteht aus
einem Wirbelschichtreaktor, einem Abscheider zum
Abscheiden von Feststoff aus der aus dem
Wirbelschichtreaktor ausgetragenen Suspension - im
allgemeinen einem Rückführzyklon - und einer
Rückführleitung für den abgeschiedenen Feststoff in den
Wirbelschichtreaktor. Das Prinzip der zirkulierenden
Wirbelschicht zeichnet sich dadurch aus, daß im
Unterschied zur "klassischen" Wirbelschicht, bei der eine
dichte Phase durch einen deutlichen Dichtesprung von dem
darüber befindlichen Gasraum getrennt ist,
Verteilungszustände ohne definierte Grenzschicht
vorliegen. Ein Dichtesprung zwischen dichter Phase und
darüber befindlichem Staubraum ist nicht vorhanden,
jedoch nimmt innerhalb des Reaktors die
Feststoffkonzentration von unten nach oben ständig ab.
Aus dem oberen Teil des Reaktors wird eine
Gas-Feststoffsuspension ausgetragen. Bei der Definition
von Betriebsbedingungen über die Kennzahlen von Froude
und Archimedes ergeben sich folgende Bereiche:
sind.
Es bedeuten:
u die relative Gasgeschwindigkeit in m/sec.
Ar die Archimedes-Zahl
Fr die Froude-Zahl
ρg die Dichte des Gases in kg/m³
ρk die Dichte des Feststoffteilchens in kg/m³
dk den Durchmesser des kugelförmigen Teilchens in m
ν die kinematische Zähigkeit in m²/sec.
g die Gravitationskonstante in m/sec.²
Ar die Archimedes-Zahl
Fr die Froude-Zahl
ρg die Dichte des Gases in kg/m³
ρk die Dichte des Feststoffteilchens in kg/m³
dk den Durchmesser des kugelförmigen Teilchens in m
ν die kinematische Zähigkeit in m²/sec.
g die Gravitationskonstante in m/sec.²
Die Vorreduktion in der zirkulierenden Wirbelschicht
erfolgt auf einen Reduktionsgrad von etwa 60 bis 90%. In
diesem Bereich wird der vom jeweiligen
Reduktionsverhalten des Erzes abhängige optimale Wert in
bezug auf die Ausnutzung des Reduktionsgases eingestellt,
d. h., auf die jeweilige optimale Durchsatzleistung. Die
Temperatur im Reaktor der zirkulierenden Wirbelschicht
wird auf etwa 550 bis 650°C eingestellt. Größere
Eisenerz-Agglomerate mit einer Teilchengröße von ca. 3
bis 5 mm zerfallen in der zirkulierenden Wirbelschicht zu
kleineren Agglomeraten.
Der Teil des Feststoffs, der aus der ersten
Reduktionsstufe in die zweite Reduktionsstufe geleitet
wird, kann aus der Rückführleitung der zirkulierenden
Wirbelschicht oder aus dem Wirbelschichtreaktor der
zirkulierenden Wirbelschicht entnommen werden. Die
Aufgabe des Feststoffs in mit einer klassischen
Wirbelschicht arbeitenden den Wirbelschichtreaktor
erfolgt auf einer Seite, die der Seite des Abzuges des
Fe₃C-Produktes gegenüberliegt. Die Überführung des
Eisengehaltes des in die klassische Wirbelschicht
chargierten Feststoffes in Fe₃C erfolgt möglichst
weitgehend. Sie liegt im allgemeinen zwischen 70 bis
95%. Die Temperatur in der klassischen Wirbelschicht
wird auf etwa 550 bis 650°C eingestellt. Das Abgas der
klassischen Wirbelschicht wird als Sekundärgas in den
Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht in
einer Höhe von bis 30% der Höhe des Reaktors über dem
Boden eingeleitet. Das Abgas aus dem Rückführzyklon der
zirkulierenden Wirbelschicht wird soweit abgekühlt, daß
der Wasserdampfgehalt im Gas auf unter etwa 1,5% gesenkt
wird. Die Kühlung erfolgt im allgemeinen in einem Wäscher
unter Eindüsung von kaltem Wasser. Dabei wird
gleichzeitig auch restlicher Staub aus dem Gas
ausgewaschen. Das Volumen des abgeführten Teilstroms des
Abgases wird so eingestellt, daß im Kreislaufgas keine
Anreicherung von Stickstoff eintritt, der mit dem
Aufstärkungsgas eingebracht wird. Als Aufstärkungsgas
wird im allgemeinen aus Erdgas hergestelltes H₂ und CO
enthaltendes Gas verwendet. Das aufgestärkte Kreislaufgas
wird wieder komprimiert, aufgeheizt und dann zum Teil in
die erste und zum Teil in die zweite Reduktionsstufe
geleitet. Der Feststoff kann vor der Aufgabe in den
Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht
vorgewärmt werden. Dies geschieht unter oxidierenden
Bedingungen. Wenn der Feststoff aus Magnetit (Fe₃O₄)
besteht oder größere Mengen davon enthält, ist eine
vorherige Oxidation zu Hämatit (Fe₂O₃) erforderlich.
Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Verfahrensvariante
bestehen darin, daß der größere Teil der Reduktion in der
zirkulierenden Wirbelschicht erfolgt, d. h. in einem
Reaktor mit relativ kleinem Durchmesser und ohne Einbauten
mit gleichmäßiger Strömung. Durch den sehr guten Stoff-
und Wärmeaustausch in der zirkulierenden Wirbelschicht
kann die Reaktion mit relativ kurzer Verweilzeit in einer
kleinen Einheit durchgeführt werden. Die restliche
Reduktion und die Aufkohlung, die eine längere
Verweilzeit erfordern, erfolgt in der klassischen
Wirbelschicht, die jedoch infolge der geringen restlichen
Reduktion gegenüber einer vollständigen Reaktion in der
klassischen Wirbelschicht wesentlich kleiner gehalten
werden kann. Durch die erfindungsgemäße gas- und
feststoffseitige Koppelung der beiden Wirbelschichten
wird das Verfahren mit einer partiellen Gegenstromführung
durchgeführt, wodurch ein höherer Gasumsatz bzw. ein
geringerer Gasverbrauch erzielt wird.
Eine Ausgestaltung der Verfahrensstufe d) besteht
darin, daß 50 bis 80% des Kreislaufgases als
Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht der
zweiten Reduktionsstufe geleitet und das
restliche Kreislaufgas als Fluidisierungsgas in den
Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht
geleitet werden. Dadurch erfolgt in der zweiten
Reduktionsstufe ein hohes Angebot an frischem
Reduktionsgas, und der im Abgas der zweiten
Reduktionsstufe vorhandene Überschuß kann in der ersten
Reduktionsstufe optimal ausgenutzt werden.
Weiterhin ist es zweckmäßig,
daß der Druck in der ersten Reduktionsstufe
und der zweiten Reduktionsstufe so
eingestellt wird, daß der Druck im oberen Teil des
Wirbelschichtreaktors der zirkulierenden Wirbelschicht
3 bis 6 bar beträgt. Das gesamte System der
ersten und zweiten Reduktionsstufe steht dabei unter
einem entsprechenden Druck, wobei der Druck des Gases vor
dem Eintritt in die Wirbelschichten entsprechend höher
ist. Dieser Druckbereich ergibt besonders günstige
Ergebnisse, obwohl prinzipiell auch mit höherem Druck
gearbeitet werden kann.
Außerdem empfiehlt es sich,
die klassische Wirbelschicht gemäß (d) in
einem Reaktor mit rechteckigem Querschnitt mit einem
Verhältnis von Länge zu Breite von mindestens 2 : 1 und
quer angeordneten Überlauf-Wehren für den Feststoff
anzuordnen ist. Die Überlauf-Wehre sind parallel zu den
Schmalseiten des Reaktors angeordnet. Sie erstrecken sich
vom gasdurchlässigen Boden bis kurz unterhalb der
Oberfläche des Wirbelbettes. Der Feststoff fließt von der
Eintragsseite über die Wehre zur Austragsseite. Durch die
schlanke und lange Form des Reaktors und die
Überlauf-Wehre wird eine Rückvermischung von stärker
reduziertem Feststoff mit weniger reduziertem Feststoff
weitgehend vermieden, so daß eine sehr gute Endreduktion
und Aufkohlung erzielt wird.
Als zweite Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, bei dem man
- a) aus dem feinkörnigem Eisenerz durch Zugabe mindestens eines Bindemittels Teilchen mit einer Teilchengröße von <0,1 bis 5 mm formt,
- b) die Teilchen gemäß Verfahrensstufe (a) trocknet,
- c) die gemäß Verfahrensstufe (b) getrockneten Teilchen bei einer Temperatur von 700 bis 1100°C thermisch behandelt,
- d) in einer ersten Reduktionsstufe die thermisch
behandelten Teilchen in den Wirbelschichtreaktor
eines zirkulierenden Wirbelschichtsystems chargiert,
heißes Reduktionsgas als Fluidisierungsgas in den
Wirbelschichtreaktor eingeleitet, wobei eine
Vorreduktion erfolgt, die aus dem
Wirbelschichtreaktor ausgetragene Suspension im
Rückführzyklon der zirkulierenden Wirbelschicht
weitgehend von Feststoff befreit und den
abgeschiedenen Feststoff in den Wirbelschichtreaktor
derart zurückgeleitet, daß innerhalb der
zirkulierenden Wirbelschicht der stündliche
Feststoffumlauf mindestens das Fünffache des im
Wirbelschichtreaktor befindlichen Feststoffgewichts
beträgt,
Feststoff aus der ersten Reduktionsstufe in einer zweiten Reduktionsstufe in eine klassische Wirbelschicht leitet, heißes Reduktionsgas als Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht leitet, den restlichen Sauerstoff abbaut und den Eisengehalt zu < 50% in Fe₃C überführt wird, das Abgas aus der klassischen Wirbelschicht als Sekundärgas in den Wirbelschichtreaktor der ersten Reduktionsstufe leitet und aus der klassischen Wirbelschicht das Produkt abzieht,
das Abgas aus dem Rückführzyklon der ersten Reduktionsstufe unter den Taupunkt abgekühlt und Wasser aus dem Abgas auskondensiert,
einen Teilstrom des Abgases abführt,
den restlichen Teilstrom nach einer Aufstärkung durch Zugabe von reduzierendem Gas und Aufheizung als Kreislaufgas zum Teil als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor der ersten Reduktionsstufe und zum Teil in die Wirbelschicht der zweiten Reduktionsstufe leitet.
Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Verfahrensausgestaltung
liegen darin, daß der H₂-Gehalt im Reduktionsgas erhöht
werden kann, wodurch geringere Kreislaufgasmengen für die
Reduktion erforderlich sind. Gemäß diesem Verfahren kann
die Verweilzeit in der zweiten Reduktionsstufe, die
üblicherweise etwa neun Stunden beträgt, auf etwa fünf
Stunden verringert werden. Aufgrund der geringeren Menge
des Kreislaufgases wird auch die für die Kompression
erforderliche Energie entsprechend bis zu 50% eingespart.
Das nach der zweiten Reduktionsstufe erhaltene Produkt
kann in brikettierter Form wie Schrott transportiert und
chargiert werden. Aufgrund der geringeren
Kohlenstoffmenge in dem erhaltenen Produkt, können
größere Anteile, bis zu 100% einer Gesamtcharge, im
Elektrolichtbogenofen eingesetzt werden.
Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung werden
50 bis 80% des Kreislaufgases als
Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht der
zweiten Reduktionsstufe geleitet und das
restliche Kreislaufgas als Fluidisierungsgas in den
Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht
geleitet und die Fluidisierungsgase mit einem
H₂-Gehalt von 85 bis 95 Vol.-% eingestellt.
Dadurch erfolgt in der zweiten Reduktionsstufe ein hohes
Angebot an frischem Reduktionsgas, und der im Abgas der
zweiten Reduktionsstufe vorhandene Überschuß kann in der
ersten Reduktionsstufe optimal ausgenutzt werden. Der
Kohlenstoffgehalt in dem Produkt nach der zweiten
Reduktionsstufe beträgt 0 bis 0,1 Gew.-%. Der Vorteil
liegt darin, daß
noch höhere H₂-Gehalte und dadurch noch geringere
Kreislaufgasmengen verwendet werden. Die Ausgestaltung
führt zu einer weiteren Verringerung der Abmessungen der
Reaktoren und erbringt eine weitere Einsparung für die
elektrische Energie bei der Kompression der
Kreislaufgase.
Mit Vorteil kann das Verfahren derart betrieben werden,
daß 50 bis 80% des Kreislaufgases als
Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht der
zweiten Reduktionsstufe geleitet und das
restliche Kreislaufgas als Fluidisierungsgas in den
Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht
geleitet und die Fluidisierungsgase mit einem
H₂-Gehalt von 50 bis 85 Vol.-% eingestellt werden.
Hierdurch wird in
wirtschaftlicher Weise und in geringer Zeit ein weitgehend
reduziertes Produkt mit einem Fe₃C-Gehalt von < 50%
erhalten, das gut brikettiert und leicht transportiert
werden kann.
Eine weitere Ausgestaltung besteht
darin, daß die Fluidisierungsgase mit einem H₂-Gehalt von
50 bis 75 Vol.-% eingestellt werden. Mit dieser
Maßnahme wird ein Produkt erhalten, das
besonders wirtschaftlich hergestellt und besonders gut
brikettiert werden kann.
Ferner sollte
der Druck in der ersten Reduktionsstufe
und der zweiten Reduktionsstufe so
eingestellt werden, daß der Druck im oberen Teil des
Wirbelschichtreaktors der zirkulierenden Wirbelschicht
1,5 bis 6 bar beträgt. Das gesamte System der
ersten und zweiten Reduktionsstufe steht dabei unter
einem entsprechenden Druck, wobei der Druck des Gases vor
dem Eintritt in die Wirbelschichten entsprechend höher
ist. Dieser Druckbereich ergibt besonders günstige
Ergebnisse, obwohl prinzipiell auch mit höherem Druck
gearbeitet werden kann.
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn
die klassische Wirbelschicht in
einem Reaktor mit rechteckigem Querschnitt mit einem
Verhältnis von Länge zu Breite von mindestens 2 : 1 und
quer angeordneten Überlauf-Wehren für den Feststoff
angeordnet ist. Die Überlauf-Wehre sind parallel zu den
Schmalseiten des Reaktors angeordnet. Sie erstrecken sich
vom gasdurchlässigen Boden bis kurz unterhalb der
Oberfläche des Wirbelbettes. Der Feststoff fließt von der
Eintragsseite über die Wehre zur Austragsseite. Durch die
schlanke und lange Form des Reaktors und die
Überlauf-Wehre wird eine Rückvermischung von stärker
reduziertem Feststoff mit weniger reduziertem Feststoff
weitgehend vermieden, so daß eine sehr gute Endreduktion
und Aufkohlung erzielt wird.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht
darin, daß das erhaltene
Produkt brikettiert, vorzugsweise heiß brikettiert wird.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung ist
ein Verfahren vorgesehen, bei dem man
- a) aus dem feinkörnigem Eisenerz durch Zugabe mindestens eines Bindemittels Teilchen mit einer Teilchengröße von <0,1 bis 5 mm formt,
- b) die Teilchen gemäß Verfahrensstufe (a) trocknet,
- c) die gemäß Verfahrensstufe (b) getrockneten Teilchen bei einer Temperatur von 700 bis 1100°C thermisch behandelt,
- d) in einer ersten Wirbelschicht die thermisch
behandelten Teilchen unter Zufuhr von festem,
kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel sowie von
sauerstoffhaltigem Gas als Fluidisierungsgas unter
schwach reduzierenden Bedingungen zu FeO reduziert
und das FeO in einer zweiten Wirbelschicht unter
stark reduzierenden Bedingungen bis zu einer 50 bis 80%igen
Metallisierung reduziert und die Verweilzeit
des Gases in der ersten Wirbelschicht so kurz wählt,
daß das Reduktionspotential maximal bis zur
Reduktion zum FeO führt,
die aus der ersten Wirbelschicht ausgetragene Gas-Feststoff-Suspension in eine zweite Wirbelschicht leitet, in die zweite Wirbelschicht ein stark reduzierendes Gas als Fluidisierungsgas einleitet, aus dem Oberteil der zweiten Wirbelschicht stark reduzierendes Gas und einen großen Teil des entstandenen abgeschwelten kohlenstoffhaltigen Materials austrägt,
das abgeschwelte kohlenstoffhaltige Material vom Gas abtrennt und in die erste Wirbelschicht zurückführt,
einen Teil des Gases nach einer Reinigung und CO₂-Entfernung, als Fluidisierungsgas in die zweite Wirbelschicht zurückleitet und aus dem unteren Teil der zweiten Wirbelschicht das reduzierte Material zusammen mit dem restlichen Teil des abgeschwelten kohlenstoffhaltigen Materials austrägt.
Bei den verwendeten Wirbelschichtreaktoren handelt es
sich um expandierte Wirbelschichten. Unter dem Ausdruck
"expandierte Wirbelschicht" sind Wirbelschichten zu
verstehen, die oberhalb der Schwebegeschwindigkeit der
Feststoffteilchen betrieben werden. Dieses
Wirbelschichtprinzip zeichnet sich dadurch aus, daß - im
Unterschied zur "klassischen" Wirbelschicht, bei der eine
dichte Phase durch einen deutlichen Dichtesprung von dem
darüber befindlichen Gasraum getrennt ist -
Verteilungszustände ohne definierte Grenzschicht
vorliegen. Ein Dichtesprung zwischen dichter Phase und
darüber befindlichem Staubraum ist nicht vorhanden;
jedoch nimmt innerhalb des Reaktors die
Feststoffkonzentration von unten nach oben ständig ab.
Aus dem oberen Teil des Reaktors wird eine
Gas-Feststoff-Suspension ausgetragen. Im Unterschied zur
zirkulierenden Wirbelschicht hat die expandierte
Wirbelschicht aber keinen internen Stoffkreislauf, d. h.,
bei der expandierten Wirbelschicht fehlt die
Feststoffrückführleitung, die bei der zirkulierenden
Wirbelschicht im Wirbelschichtreaktor mündet. Das
schließt aber nicht aus, daß der Feststoff aus einer
expandierten Wirbelschicht in eine zweite expandierte
Wirbelschicht eingebracht wird.
Als kohlenstoffhaltiges Material können alle Kohlen von
Anthrazit bis zum Lignit, kohlenstoffhaltige Mineralien
und Abfallprodukte - wie z. B. Ölschiefer, Petrolkoks oder
Waschberge - eingesetzt werden, die bei Raumtemperatur im
festen Zustand vorliegen. Als sauerstoffhaltiges Gas wird
vorzugsweise zumindestens sauerstoffangereicherte Luft
verwendet. Die Verweilzeit des Gases in der ersten
Wirbelschicht liegt etwa im Bereich von 0,5 bis 3 sec und
wird durch Wahl der Höhe des Reaktors eingestellt.
Innerhalb der oben angegebenen Grenzwerte ist auch eine
Einstellung der Verweilzeit durch Regelung der
Gasgeschwindigkeit möglich. Die Verweilzeit des
eisenoxidhaltigen Materials in der ersten Wirbelschicht
beträgt etwa 0,2 min bis zu 1,5 min. Die mittlere
Feststoffdichte in der ersten Wirbelschicht beträgt 100
bis 300 kg/m³, bezogen auf den leeren Ofenraum. In der
ersten Wirbelschicht zerfallen die größeren
Eisenerz-Agglomerate mit einer Teilchengröße von ca. 3
bis 5 mm zu kleineren Agglomeraten. In die zweite
Wirbelschicht wird kein freien Sauerstoff enthaltendes
Gas eingeleitet. Die Verweilzeit des Gases wird auf über
3 sec und die Verweilzeit des eisenoxidhaltigen Materials
auf etwa 15 bis 40 min eingestellt. Der zweite Reaktor
hat dementsprechend eine größere Höhe als der erste
Reaktor. Die mittlere Feststoffdichte im unteren Teil der
zweiten Wirbelschicht unterhalb der Einleitung der
Gas-Feststoff-Suspension aus der ersten Wirbelschicht
beträgt 300 bis 600 kg/m³, bezogen auf den leeren
Ofenraum. Im oberen Teil beträgt die mittlere
Feststoffdichte 50 bis 200 kg/m³. Die Einleitung der
Gas-Feststoff-Suspension erfolgt mindestens 1 m oberhalb
der Zuführung des stark reduzierenden Fluidisierungsgases
bis zu einer Höhe von maximal 30% der Ofenhöhe. Es wurde
überraschenderweise gefunden, daß bei Einhaltung dieser
Betriebsbedingungen eine starke Separierung von
abgeschweltem kohlenstoffhaltigen Material und
reduziertem eisenhaltigen Material in der zweiten
Wirbelschicht erreicht werden kann, was im Widerspruch zu
der herrschenden Lehrmeinung steht.
Die Temperatur in den Wirbelschichten liegt je nach
Reaktivität des kohlenstoffhaltigen Materials im Bereich
von 850 bis 1100°C. Das reduzierte Produkt wird aus dem
unteren Teil abgezogen, wobei allerdings auch eine
gewisse Menge an abgeschweltem kohlenstoffhaltigen
Material mit abgezogen wird. Die Wirbelschichten können
ohne großen Überdruck oder mit Überdruck bis zu 20 bar
betrieben werden. Ein Teil des Abgases aus der zweiten
Wirbelschicht wird einer anderen Verwendung zugeführt,
z. B. als Brenngas in eine Dampferzeugungsanlage für eine
Stromerzeugung. Das reduzierte Produkt kann im heißen
Zustand oder nach einer Abkühlung der Weiterverarbeitung
zugeführt werden, wobei das kohlenstoffhaltige Material
vorher z. B. durch Magnetscheidung abgetrennt werden kann.
Die Menge des im Kreislauf geführten
abgeschwelten kohlenstoffhaltigen Materials kann ein
Vielfaches der Menge der chargierten eisenoxidhaltigen
Materialien betragen. Der Wärmeinhalt der aus der
ersten in die zweite Wirbelschicht geleiteten Suspension wird
zur Deckung des Wärmeverbrauchs in der zweiten
Wirbelschicht verwendet.
Die im zweiten Reaktor erforderliche Wärme wird von der
Gas-Feststoff-Suspension aus dem ersten Reaktor
eingebracht, wobei die überwiegende Wärmemenge durch das
als Wärmeträger dienende abgeschwelte kohlenstoffhaltige
Material eingebracht wird. Dazu wird die Temperatur in
der ersten Wirbelschicht auf einen Wert eingestellt, der
höher liegt als die Austrittstemperatur aus der zweiten
Wirbelschicht. Die dazu erforderliche Überhitzung in der
ersten Wirbelschicht richtet sich nach der Menge des
umlaufenden abgeschwelten kohlenstoffhaltigen Materials.
Zweckmäßigerweise liegt
die Eintrittstemperatur der Suspension in die
zweite Wirbelschicht 30 bis 80°C höher als die
Temperatur des aus dem Oberteil abgezogenen stark
reduzierenden Gases und beträgt die Menge des im Kreislauf
geführten abgeschwelten kohlenstoffhaltigen Materials das
10- bis 50fache des eingesetzten eisenoxidhaltigen
Materials.
Wenn die Temperatur der Überhitzung der Suspension in der
ersten Wirbelschicht im oberen Bereich liegt, liegt die
Menge des im Kreislauf geführten Materials im unteren
Bereich, und umgekehrt. Die optimale Betriebsweise
besteht darin, daß die Überhitzung bis zu der maximal
zulässigen Temperatur erfolgt, bei der gerade noch kein
Sintern oder Anbacken erfolgt, und die Menge des im
Kreislauf geführten Materials entsprechend niedrig
gehalten wird. Bei einer Unterschreitung der 10fachen
Menge des im Kreislauf geführten Materials ergeben sich
unzulässig hohe Temperaturdifferenzen, die zu einer
Überschreitung des Schmelzpunktes des eisenoxidhaltigen
Materials und der Asche des kohlenstoffhaltigen Materials
führen können. Andererseits führt eine Überschreitung der
50fachen Menge des im Kreislauf geführten Materials zu
einem hohen Druckverlust und damit zu höheren
Feststoffkonzentrationen, die ihrerseits die gewünschte
Separierung in der zweiten Wirbelschicht behindern.
Auch ist es vorteilhaft,
aus dem aus dem unteren Teil der zweiten
Wirbelschicht ausgetragenen Material das abgeschwelte
kohlenstoffhaltige Material abzutrennen und
mindestens einen Teil in die erste Wirbelschicht
zurückzuführen. Dadurch wird einerseits das
abgeschwelte kohlenstoffhaltige Material wieder in den
Prozeß zurückgeführt und andererseits wird ein reines
reduziertes Produkt erhalten. Wenn das reduzierte Produkt
einer Endreduktion zugeführt wird, kann der dabei
notwendige Kohlenstoff in genau dosierter Menge zugesetzt
werden. Dies gilt auch für das Einschmelzen des
reduzierten Produktes.
Die Ausführungsform der Verfahrensstufen a) bis c)
ist allen drei Ausgestaltungen der Erfindung gemeinsam.
Das feine Eisenerz kann gemäß Verfahrensstufe (a) mit
einem Bindemittel in einem Granulator zu Granulaten mit
einer Korngröße von <5 mm verarbeitet werden. Die
Granulate können gemäß Verfahrensstufe (b) in einem
Venturitrockner getrocknet werden. Die getrockneten
Granulate werden gemäß Verfahrensstufe (c) gehärtet. Dazu
sind kurze Verweilzeiten von nur einigen Minuten
erforderlich.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht
deshalb darin, daß gemäß Verfahrensstufe (a) als Teilchen
Granulate erhalten werden. Mit Granulaten werden sehr
gute Ergebnisse bei der thermischen Behandlung gemäß
Verfahrensstufe (c) erreicht.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht
darin, gemäß Verfahrensstufe (a) Teilchen mit einer
Teilchengröße von <0,1 bis 3 mm zu formen.
Teilchen mit dieser Teilchengröße lassen sich sehr gut
herstellen und zeigen bei der thermischen Behandlung
gemäß Verfahrensstufe (c) sehr gute Ergebnisse.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht
darin, gemäß Verfahrensstufe (b) die
Teilchen bei einer Temperatur von 150 bis 300°C zu trocknen.
Bei der Trocknung in diesem Temperaturbereich
werden Teilchen erhalten, mit denen sehr gute Ergebnisse
bei der thermischen Behandlung gemäß Verfahrensstufe (c)
erzielt werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die Erfindung derart auszubilden,
daß gemäß Verfahrensstufe (c) die Teilchen bei
einer Temperatur von 800 bis 900°C thermisch behandelt
werden. Bei diesen Temperaturen werden die besten
Ergebnisse erzielt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht
darin, in der Verfahrensstufe (a) als
Bindemittel, Bentonit, Löschkalk oder Peridur® einzusetzen.
Diese Bindemittel eignen sich sehr gut
für die Herstellung der Teilchen. Bei dem Löschkalk
handelt es sich um Ca(OH)₂.
Schließlich werden entsprechend einer weiteren
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
die Abgase aus der Härtung gemäß
Verfahrensstufe (c) in die Trocknung gemäß
Verfahrensstufe (b) eingeleitet. Aufgrund dieser
Maßnahme ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders
wirtschaftlich.
Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 3 und eines
Beispiels näher erläutert. Die
Fig. 1, 2 und 3 stellen Fließschemata der Erfindung
in ihren drei Ausgestaltungsformen dar.
Über Leitung (1) wird das thermisch behandelte Erz
(Granulat) in den Venturi-Vorwärmer (2) chargiert. Über
Leitung (3) wird die Suspension in den Zyklon (4)
geleitet, wo eine Trennung von Gas und Feststoff erfolgt.
Der abgeschiedene Feststoff wird über Leitung (5) in den
Venturi-Vorwärmer (6) geleitet. Über Leitung (7) wird
Brennstoff und über Leitung (8) Verbrennungsluft in die
Brennkammer (9) geleitet. Über Leitung (10) werden die
heißen Verbrennungsgase in den Venturi-Vorwärmer (6)
geleitet. Über Leitung (11) wird die Suspension in den
Zyklon (12) geleitet, wo eine Trennung von Feststoff und
Gas erfolgt. Das Gas wird über Leitung (13) in den
Venturi-Vorwärmer (2) geleitet. Das Gas aus dem Zyklon
(4) wird über Leitung (14) in ein Filter (15) geleitet,
aus dem über Leitung (16) das gereinigte Gas und über
Leitung (17) der abgeschiedene Staub abgeführt werden.
Der im Zyklon (12) abgeschiedene Feststoff wird über
Leitung (17a) in den Bunker (18) geleitet, aus dem er
über Leitung (19) in den Schneckenförderer (20) abgezogen
und von dort über Leitung (21) in den
Wirbelschichtreaktor (22) der zirkulierenden
Wirbelschicht geleitet wird. Aus dem Wirbelschichtreaktor
(22) wird über Leitung (23) die Gas-Feststoffsuspension
in den Rückführzyklon (24) geleitet. Der abgeschiedene
Feststoff wird über Leitung (25) in den
Wirbelschichtreaktor (22) zurückgeleitet. Über Leitung
(26) wird das Gas aus dem Rückführzyklon in den
Wärmetauscher (27) geleitet. Das abgekühlte Gas wird über
Leitung (28) in den Wäscher (29) geleitet, dort unter den
Taupunkt des Wasserdampfes abgekühlt und der
Wasserdampfgehalt weitgehend entfernt. Das gereinigte Gas
wird über Leitung (30) in den Wärmetauscher (27)
geleitet. Über Leitung (31) wird reduzierendes Gas zur
Aufstärkung zugemischt. Über Leitung (32) wird das
vorgewärmte Reduktionsgas in den Aufheizer (33) geleitet
und dort auf die für den Prozeß erforderliche Temperatur
aufgeheizt. Das aufgeheizte Gas verläßt den Aufheizer
(33) über Leitung (34) und wird zum Teil als
Fluidisierungsgas über die Leitungen (35) in den
Wirbelschichtreaktor (36) der klassischen Wirbelschicht
und zum anderen Teil über Leitung (37) als
Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor (22) der
zirkulierenden Wirbelschicht geleitet. Aus dem
Wirbelschichtreaktor (22) der zirkulierenden
Wirbelschicht wird über Leitung (38) Feststoff in den
Wirbelschichtreaktor (36) der klassischen Wirbelschicht
geleitet. Das staubhaltige Abgas aus dem
Wirbelschichtreaktor (36) der klassischen Wirbelschicht
wird über Leitung (39) in den Zyklon (40) geleitet. Der
abgeschiedene Staub wird über Leitung (41) in den
Wirbelschichtreaktor (36) zurückgeführt und das Gas wird
über Leitung (42) als Sekundärgas in den
Wirbelschichtreaktor (22) der zirkulierenden
Wirbelschicht eingeleitet. Aus dem Wirbelschichtreaktor
(36) der klassischen Wirbelschicht wird über Leitung (43)
das Fe₃C-haltige Produkt in den Kühler (44) geleitet,
dort abgekühlt und über Leitung (45) abgeführt. Über
Leitung (46) wird Kühlwasser in den Kühler (44) geleitet
und über Leitung (47) abgeführt. Über Leitung (48) wird
Wasser in den Wäscher (29) geleitet und über Leitung (49)
abgeführt. Über die Leitungen (50) werden Brennstoff und
Verbrennungsluft in den Aufheizer (33) geleitet. Die
Verbrennungsgase werden über Leitung (51) abgeführt. Über
Leitung (52) wird ein Teilstrom aus dem Kreislaufgas
entfernt, der eine Anreicherung von Stickstoff im
Kreislaufgas verhindert.
Das Fließbild gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von dem gemäß Fig. 1
lediglich dadurch, daß das aus dem Wirbelschichtreaktor (36) über
Leitung (43) geführte Fe₃C-haltige Produkt in eine Brikettanlage (83)
geleitet und dort brikettiert wird. Die Briketts werden dann über
Leitung (45) abgeführt.
In die erste Wirbelschicht (53) werden über Leitung (54)
Erz aus der thermischen Vorbehandlung als Granulat, über
Leitung (55) Kohle, über Leitung (56) Sauerstoff und über
Leitung (57) Luft eingeblasen. Der Wirbelschichtreaktor
(53) hat einen Innendurchmesser von 0,06 m und eine Höhe
von 6 m. Über Leitung (58) wird die
Gas-Feststoff-Suspension in die zweite Wirbelschicht (59)
ausgetragen. Dieser Wirbelschichtreaktor (59) hat einen
Innendurchmesser von 0,08 m und eine Höhe von 20 m. In
die zweite Wirbelschicht wird über Leitung (60) ein
sauerstofffreies, stark reduzierendes Gas eingeleitet.
Über Leitung (61) wird ein stark reduzierendes Gas in
einen Zyklonabscheider (62) abgeleitet, das einen großen
Teil des abgeschwelten, kohlenstoffhaltigen Materials
enthält. Der aus dem Gas im Zyklonabscheider (62)
abgeschiedene Feststoff geht über Leitung (63) in die
Wirbelschicht (53). Über die Leitung (64) wird das Gas in
eine Gasbehandlung (65) geleitet, in der das Gas
entstaubt, abgekühlt und weitgehend von CO₂ und H₂O
befreit wird. Ein Teilstrom des Gases wird über Leitung
(82) aus dem Kreislauf ausgeschleust. Das gereinigte Gas
wird nach einer nicht dargestellten Kompression über
Leitung (66) in einen Gaserhitzer (67) und von dort über
Leitung (60) in die Wirbelschicht (59) geführt. Aus der
Wirbelschicht (59) wird reduziertes Erz sowie ein Teil
der abgeschwelten Kohle über Leitung (68) abgezogen und
in eine Produktbehandlung (69) geleitet. Nach einer
Kühlung und Magnetscheidung wird über Leitung (70) das
reduzierte Erz abgezogen. Es kann über Leitung (71) einem
Schmelzreaktor (72) zugeführt oder über Leitung (73) als
Produkt abgeführt werden. Über Leitung (74) wird
abgeschweltes, kohlenstoffhaltiges Material abgeführt. Es
kann über Leitung (75) in die Wirbelschicht (53), über
Leitung (76) in den Schmelzreaktor (72) und über Leitung
(77) aus dem Verfahren abgeführt werden. Aus dem
Schmelzreaktor (72) werden über Leitung (78) flüssiges
Roheisen und über Leitung (79) Schlacke abgezogen. Das
Abgas des Schmelzreaktors (72) wird über Leitung (80),
evtl. nach einer nicht dargestellten Gasreinigung, in
Leitung (60) geführt. Der Schmelzreaktor (72) kann als
Elektroreduktionsofen oder als Konverter ausgebildet
sein, in den über Leitung (81) Sauerstoff eingeblasen
wird.
87 kg Eisenerzkonzentrat mit einem Wassergehalt von
5 Gew.-% aus der Flotation und einer Korngröße d = 25 µm
mit der folgenden Verteilung:
Fraktion (µm) | |
Gewichtsanteile (Gew.-%) | |
64 bis 125 | |
3,5 | |
32 bis 64 | 29,7 |
16 bis 32 | 34,8 |
8 bis 16 | 19,5 |
4 bis 8 | 8,2 |
2 bis 4 | 2,7 |
1 bis 2 | 0,6 |
< 1 | 1,0 |
enthaltend die folgenden Bestandteile:
Bestandteile | |
Gewichtsanteile (Gew.-%) | |
Fe ges. | |
69,1 | |
SiO₂ | 1,6 |
Al₂O₃ | 1,5 |
CaO | 0,29 |
wurden mit 1 kg Bentonit, 8 kg Feinstaub aus der
Gasreinigung der thermischen Behandlung und 4 kg Staub
aus der Gasreinigung der Wirbelschichtreduktionsanlage in
einem Mischgranulierer 5 min gemischt. Das Gemisch hatte
einen Wassergehalt von 7,6 Gew.-% und die folgende
Verteilung (Siebanalyse) :
Korngröße (mm) | |
Gewichtsanteile (Gew.-%) | |
1,0 bis 0,5 | |
21,7 | |
0,5 bis 0,315 | 27,6 |
0,315 bis 0,2 | 24,9 |
0,2 bis 0,1 | 17,6 |
< 0,1 | 8,2 |
Das Gemisch wurde in einer hochexpandierten Wirbelschicht
getrocknet und auf eine Temperatur von 220°C aufgeheizt,
wobei das Abgas aus der nachfolgenden thermischen
Behandlung mit einer Temperatur von 900°C eingeleitet
wurde. Das getrocknete Material wurde in einer zweiten
hochexpandierten Wirbelschicht bei einer Temperatur von
900°C 3 min thermisch behandelt. Als Fluidisierungsgas
wurde Luft mit 800 Nl/h und als Sekundärgas wurde Erdgas
in die Wirbelschicht eingeleitet. Das Abgas wies einen
Sauerstoffgehalt von 5 Vol.-% auf. Aus der Stufe der
thermischen Behandlung wurden 8 kg Feinstaub abgetrennt,
die zum Herstellen des oben erwähnten Gemisches verwendet
wurden. Die durch die thermische Behandlung gehärteten
Granulate hatten die folgende Verteilung (Siebanalyse):
Korngröße (mm) | |
Gewichtsanteile (Gew.-%) | |
1,0 bis 0,5 | |
14,8 | |
0,5 bis 0,315 | 26,1 |
0,315 bis 0,2 | 24,6 |
0,2 bis 0,1 | 22,1 |
< 0,1 | 12,4 |
und enthielten die folgenden Bestandteile:
Bestandteile | |
Gewichtsanteile (Gew.-%) | |
Fe ges. | |
66,8 | |
Fe2+ | 3,0 |
Die durch thermische Behandlung gehärteten Granulate
wurden in einer ersten Reduktionsstufe, einer
zirkulierenden Wirbelschicht, bei 600°C mit einem
Gasgemisch, bestehend aus
5,6% CO
4,7% CO₂
52,1% H₂
37,6% CH₄
4,7% CO₂
52,1% H₂
37,6% CH₄
vorreduziert und anschließend in einer zweiten
Reduktionsstufe, einer klassischen Wirbelschicht, bei
600°C und folgendem Gasgemisch fertigreduziert:
8,5% CO
3,9% CO₂
57,7% H₂
29,9% CH₄.
3,9% CO₂
57,7% H₂
29,9% CH₄.
Das Produkt wies folgende Analyse auf:
Fe ges.|83,4% | |
Fe met. | 66,4% |
C | 3,7%. |
entsprechend einem Metallisierungsgrad von 79,6% und
einem Karburierungsgrad von 81,9%. Der Feinstaubanfall
betrug 4 kg und wurde in die Granulierung zurückgeführt.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung von metallischem Eisen aus
feinkörnigem Eisenerz in der Wirbelschicht, bei dem man
- a) aus dem feinkörnigen Eisenerz durch Zugabe mindestens eines Bindemittels Teilchen mit einer Teilchengröße von < 0,1 bis 5 mm formt,
- b) die Teilchen gemäß Verfahrensstufe (a) trocknet,
- c) die gemäß Verfahrensstufe (b) getrockneten Teilchen bei einer Temperatur von 700 bis 1100°C thermisch behandelt,
- d) in einer ersten Reduktionsstufe die thermisch
behandelten Teilchen in den Wirbelschichtreaktor
eines zirkulierenden Wirbelschichtsystems chargiert,
heißes Reduktionsgas als Fluidisierungsgas in den
Wirbelschichtreaktor einleitet, wobei eine
Vorreduktion erfolgt, die aus dem
Wirbelschichtreaktor ausgetragene Suspension im
Rückführzyklon der zirkulierenden Wirbelschicht
weitgehend von Feststoff befreit und den
abgeschiedenen Feststoff in den Wirbelschichtreaktor
derart zurückleitet, daß innerhalb der
zirkulierenden Wirbelschicht der stündliche
Feststoffumlauf mindestens das Fünffache des im
Wirbelschichtreaktor befindlichen Feststoffgewichts
beträgt,
Feststoff aus der ersten Reduktionsstufe in einer zweiten Reduktionsstufe in eine klassische Wirbelschicht leitet, heißes Reduktionsgas als Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht leitet, den restlichen Sauerstoff abbaut und den Eisengehalt weitgehend in Fe₃C überführt, das Abgas aus der klassischen Wirbelschicht als Sekundärgas in den Wirbelschichtreaktor der ersten Reduktionsstufe leitet und aus der klassischen Wirbelschicht das Fe₃C enthaltende Produkt abzieht,
das Abgas aus dem Rückführzyklon der ersten Reduktionsstufe unter den Taupunkt abkühlt und Wasser aus dem Abgas auskondensiert,
einen Teilstrom des Abgases abführt,
den restlichen Teilstrom nach einer Regeneration durch Zugabe von reduzierendem Gas und Aufheizung als Kreislaufgas zum Teil als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor der ersten Reduktionsstufe und zum Teil in die Wirbelschicht der zweiten Reduktionsstufe leitet.
2. Verfahren zur Herstellung von metallischem Eisen aus
feinkörnigem Eisenerz in der Wirbelschicht, bei dem man
- a) aus dem feinkörnigem Eisenerz durch Zugabe mindestens eines Bindemittels Teilchen mit einer Teilchengröße von <0,1 bis 5 mm formt,
- b) die Teilchen gemäß Verfahrensstufe (a) trocknet,
- c) die gemäß Verfahrensstufe (b) getrockneten Teilchen bei einer Temperatur von 700 bis 1100°C thermisch behandelt,
- d) in einer ersten Reduktionsstufe die thermisch
behandelten Teilchen in den Wirbelschichtreaktor
eines zirkulierenden Wirbelschichtsystems chargiert,
heißes Reduktionsgas als Fluidisierungsgas in den
Wirbelschichtreaktor einleitet, wobei eine
Vorreduktion erfolgt, die aus dem
Wirbelschichtreaktor ausgetragene Suspension im
Rückführzyklon der zirkulierenden Wirbelschicht
weitgehend von Feststoff befreit und den
abgeschiedenen Feststoff in den Wirbelschichtreaktor
derart zurückleitet, daß innerhalb der
zirkulierenden Wirbelschicht der stündliche
Feststoffumlauf mindestens das Fünffache des im
Wirbelschichtreaktor befindlichen Feststoffgewichts
beträgt,
Feststoff aus der ersten Reduktionsstufe in einer zweiten Reduktionsstufe in eine klassische Wirbelschicht leitet, heißes Reduktionsgas als Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht leitet, den restlichen Sauerstoff abbaut und den Eisengehalt zu < 50% in Fe₃C überführt wird, das Abgas aus der klassischen Wirbelschicht als Sekundärgas in den Wirbelschichtreaktor der ersten Reduktionsstufe leitet und aus der klassischen Wirbelschicht das Produkt abzieht,
das Abgas aus dem Rückführzyklon der ersten Reduktionsstufe unter den Taupunkt abkühlt und Wasser aus dem Abgas auskondensiert,
einen Teilstrom des Abgases abführt,
den restlichen Teilstrom nach einer Regeneration durch Zugabe von reduzierendem Gas und Aufheizung als Kreislaufgas zum Teil als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor der ersten Reduktionsstufe und zum Teil in die Wirbelschicht der zweiten Reduktionsstufe leitet.
3. Verfahren zur Herstellung von metallischem Eisen aus
feinkörnigem Eisenerz in der Wirbelschicht, bei dem man
- a) aus dem feinkörnigem Eisenerz durch Zugabe mindestens eines Bindemittels Teilchen mit einer Teilchengröße von <0,1 bis 5 mm formt,
- b) die Teilchen gemäß Verfahrensstufe (a) trocknet,
- c) die gemäß Verfahrensstufe (b) getrockneten Teilchen bei einer Temperatur von 700 bis 1100°C thermisch behandelt,
- d) in einer ersten Wirbelschicht die thermisch
behandelten Teilchen unter Zufuhr von festem,
kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel sowie von
sauerstoffhaltigem Gas als Fluidisierungsgas unter
schwach reduzierenden Bedingungen zu FeO reduziert
und das FeO in einer zweiten Wirbelschicht unter
stark reduzierenden Bedingungen bis zu einer 50 bis 80%igen
Metallisierung reduziert und die Verweilzeit
des Gases in der ersten Wirbelschicht so kurz wählt,
daß das Reduktionspotential maximal bis zur
Reduktion zum FeO führt,
die aus der ersten Wirbelschicht ausgetragene Gas-Feststoff-Suspension in eine zweite Wirbelschicht leitet wird, in die zweite Wirbelschicht ein stark reduzierendes Gas als Fluidisierungsgas einleitet, aus dem Oberteil der zweiten Wirbelschicht stark reduzierendes Gas und einen großen Teil des entstandenen abgeschwelten kohlenstoffhaltigen Materials austrägt,
das abgeschwelte kohlenstoffhaltige Material vom Gas abtrennt und in die erste Wirbelschicht zurückführt,
einen Teil des Gases nach einer Reinigung und CO₂-Entfernung, als Fluidisierungsgas in die zweite Wirbelschicht zurückleitet und aus dem unteren Teil der zweiten Wirbelschicht das reduzierte Material zusammen mit dem restlichen Teil des abgeschwelten kohlenstoffhaltigen Materials austrägt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem man gemäß
Verfahrensstufe (a) Granulate formt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 4, bei
dem man gemäß Verfahrensstufe (a) Teilchen mit einer
Teilchengröße von <0,1 bis 3 mm formt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem man
gemäß Verfahrensstufe (b) die Teilchen bei einer
Temperatur von 150 bis 300°C trocknet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem man
gemäß Verfahrensstufe (c) die Teilchen bei einer
Temperatur von 800 bis 900°C thermisch behandelt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem man in
Verfahrensstufe (a) als Bindemittel, Bentonit, Löschkalk
oder Peridur®, einsetzt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem man
die Abgase der Verfahrensstufe (c) in die Trocknungsstufe
(b) einleitet.
Priority Applications (7)
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