DE60129558T2

DE60129558T2 - Herstellungsverfahren eines metallisierten briketts

Info

Publication number: DE60129558T2
Application number: DE2001629558
Authority: DE
Inventors: Glenn E. Lancaster HOFFMAN; James M. Cornelius MCCLELLAND
Original assignee: Midrex Technologies Inc
Current assignee: Midrex Technologies Inc
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2001-06-02
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2021-06-03
Also published as: EP1290232A1; WO2001094651A1; AU2001265340A1; CN1247803C; ES2288959T3; EP1290232A4; US20010047699A1; TWI245802B; CA2410021A1; JP3953420B2; CA2410021C; CN1434876A; DE60129558D1; JP2003535972A; US6802886B2; EP1290232B1; ATE368133T1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffhaltigen, metallisierten Eisenbriketts.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Moderne Verfahren zur Herstellung von Stahl führen zu großen Mengen an Stahlstäuben und anderen Abfällen im Zusammenhang mit der Stahlherstellung. Die meisten Stahlproduzenten suchen nach Wegen zum Recycling von Stahlstäuben. Ein richtiges Recycling von Stahlstäuben würde Stahlproduzenten ermöglichen, wertvolle Mineralien rückzuführen, die ansonsten als Abfall verloren gingen, und die Menge an umweltschädlichen Materialien, die richtig gehandhabt und entsorgt werden müssen, vermindern.
Die Suche nach einem Verfahren zum Recycling von Stahlwerk-Abfällen wird von mehreren Faktoren bestimmt. Zuallererst gilt das Interesse dem Verlust an wertvollen Mineralien. Mit jeder Tonne hergestellten fertigen Stahls werden große Mengen an Stahlwerk-Abfällen erzeugt. Die Abfälle von Stahlwerken enthalten Prozentwerte an Eisen, Eisenoxiden, anderen Metalloxid-Komponenten und Kohlenstoff, die aus dem Sackhaus und der Wasserbehandlungs-Vorrichtung des Stahlwerks gesammelt werden. Durch die richtige Bearbeitung kann das Abfall-Eisenmaterial direkt reduziert und geschmolzen werden, um die wertvollen Eisenkomponenten zurückzugewinnen. Natürlich führt eine Rückgewinnung beim Stahlwerk zu niedrigeren Rohstoffkosten.
Umweltprobleme haben auch die Suche nach wirksamen Methoden zum Recycling von Stahlwerk-Abfällen veranlasst. Einige Stahlwerk-Abfälle wie Sackhausstaub aus einem Lichtbogenofen (EAF) werden als gefährliches Material angesehen, das vor der Entsorgung behandelt werden muss. Die Kosten für eine solche Behandlung sind extrem hoch. Sogar Stahlwerk-Abfälle, die nicht notwendigerweise als gefährlich betrachtet werden, sind aufgrund des großen Abfallvolumens, der mit jeder Tonne Stahl erzeugt wird, mit hohen Kosten für das Deponieren oder eine andere Entsorgung verbunden.
Stahlproduzenten haben ein Verfahren zum Recycling von Stahlwerkabfällen entwickelt, indem Sie den Abfall sammeln, ihn mit einem Reduktionsmittel behandeln, die Kombination zu einem festen Agglomerat kombinieren, dann das Agglomerat erwärmen, wodurch eine direkte Reduktion der Eisenmaterialien innerhalb des Agglomerats bewirkt wird, und schließlich die direkt reduzierten Agglomerate einem Stahlschmelzofen zuführen. Verfahren zur Bildung des Agglomerats, das direkt vor der Reduktion als "grünes" Agglomerat bezeichnet wird, sind im Fachgebiet wohlbekannt. Ein Beispiel zur Verarbeitung von Stahlwerk-Abfällen zu einem Agglomerat zur direkten Reduktion findet sich im U.S.-Patent Nr. 4,701,214 , Kaneko et al., das ein Verfahren beschreibt, bei dem Eisenoxid-Staub oder Eisenerz-Feingut mit fein zerteilter Kohle und einem Bindemittel vermischt werden, wodurch eine Mischung gebildet wird, die Mischung durch Kompaktieren, Granulieren oder Brikettieren unter Bildung von Agglomeraten oder Pellets agglomeriert wird, die Pellets in einen Drehherdofen eingeführt werden, um das Eisen in den Pellets vorzureduzieren, die vorreduzierten Pellets als metallischer Einsatzstoff-Bestandteil in einen Schmelzreduktionsbehälter eingeführt werden, teilchenförmiger kohlenstoffhaltiger Brennstoff und Sauerstoff durch den Boden des Behälters in den Schmelzreduktionsbehälter eingeführt werden, wodurch sie mit der Schmelze oder dem Bad innerhalb des Behälters reagieren, das Eisen zu elementarem Eisen reduziert wird und ein CO und H₂ enthaltendes Abgas erzeugt wird, das Abgas als Verfahrensgas in den Drehherdofen eingeführt wird, um die Pellets darin vorzureduzieren, und das heiße Metall aus dem Schmelzreduktionsbehälter abgezogen wird.
Das modernste Verfahren der Verwendung von Agglomeraten von Eisenoxid-Feingut zur Bildung eines direkt reduzierten Einsatzstoffs für einen Stahlofen geht aus dem U.S.-Patent Nr. 5,730,775 , Meissner et al., hervor, das ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von direkt reduziertem Eisen aus trockenen, aus Eisenoxid und kohlenstoffhaltigem Material bestehenden Presslingen beschreibt, indem Presslinge nicht mehr als zwei Schichten tief einem Herd zugeführt werden und alle flüchtigen Stoffe entfernt und die Presslinge metallisiert werden, indem sie einer Strahlungs-Wärmequelle bei einer Temperatur von etwa 2400 °F bis etwa 2600 °F ausgesetzt werden.
Zur Bildung der Grünagglomerate des Standes der Technik werden Eisen, das Staub und/oder Eisenerz enthält, mit einem Reduktionsmittel, gewöhnlich einem kohlenstoffhaltigen Material wie Kohle oder Koks, vereinigt. Das Agglomeratmaterial kann in Abhängigkeit von den Verfahrensbedingungen benetzt oder getrocknet werden. Schließlich wird der Mischung ein Bindemittel zugegeben, bevor sie zu einem Brikett kompaktiert wird.
Der Erfolg der Rückführung von Stahlstaub durch die direkte Reduktion von grünen Stahlstaub-Agglomeraten hängt stark von der Qualität des Briketts ab, der vor der direkten Reduktion gebildet wird. Es ist von wesentlicher Bedeutung, dass die Briketts während ihres Übergangs vom Punkt des Eintretens in den Direktreduktionsofen bis zum Punkt des Eintretens in den Stahlschmelzofen ihre physikalische Unversehrtheit behalten. Wenn die Briketts während der direkten Reduktion zerbrechen oder zerfallen, werden die zerbrochenen Fragmente einer schnellen Reduktion mit einer anschließenden Oxidation unterzogen. Im schlimmsten Fall werden fragmentierte Agglomerate wieder zu FeO oxidiert. Diejenigen Agglomeratfragmente, die beim Übergang der Agglomerate vom Direktreduktionsofen in den Stahlschmelzofen nicht verloren gehen, neigen zu einer schnellen Reoxidation und schmelzen bei der Injektion in den Stahlschmelzofen in der Schlacke oder werden vom Abgas-Rückhaltesystem sofort aus dem Stahlschmelzofen abgesogen. Somit verringert ein Verlust an Agglomeratmaterial als zerbrochene Fragmente oder Staub die Wirksamkeit des Stahlstaub-Recyclingsystems drastisch.
Um eine Fragmentation des Agglomerats zu verhindern, werden Bindemittel zum Material gegeben. Die Wahl eines Bindemittels zur Verwendung in grünen Agglomeraten ist oft ein Kompromiss zwischen den Kosten und einem Nachteil für die Stromabwärts-Verarbeitung. Bindemittel, die herkömmlicherweise bei der Bildung von Agglomerat verwendet werden, sind Natriumsilicat, 1 % Kalk und 3 % Melassen, Bindemittel auf der Grundlage von Pech und Zement. Natriumsilicat erzeugt Agglomerate, von denen bekannt ist, dass sie beim Erwärmen schwach werden oder dekrepitieren, und das Natriumsilicat zersetzt sich zu unerwünschten Alkaliverbindungen, die eine Beschädigung des feuerfesten Materials innerhalb des Ofens verursachen können. Zement-Bindemittel weisen die Neigung auf, den relativen Gehalt an Nichterz zu erhöhen, so dass Schlackengehalt im anschließenden Schmelzschritt untragbar hoch wird. Kalk/Melasse-Kombinationen und Bindemittel auf der Grundlage von Pech weisen annehmbare Gebrauchseigenschaften auf, sind aber vergleichsweise teuer.
Es besteht ein Bedarf an einem Bindemittel und einem Verfahren zur Verwendung eines Bindemittels zur Agglomeration von Stahlstaub, das geringe Kosten aufweist und zu einem grünen Agglomerat mit einer verbesserten Bruchfestigkeit führt, wodurch ein Zerbrechen des Agglomerats während des Direktreduktionsverfahren oder des damit zusammenhängenden Transports vermieden wird. Weiterhin besteht ein Bedarf an einem Bindemittel und einem Verfahren der Verwendung des Bindemittels, das stromabwärtige Auswirkungen auf die Umwelt minimiert und andere nachteilige Auswirkungen auf den Vorgang der Stahlherstellung minimiert.
AUFGABEN DER ERFINDUNG
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Herstellung eines kohlenstoffhaltigen, direkt reduzierten Eisenagglomerats mit einer Metallisierung von wenigstens 40 % und vorzugsweise mehr als 80 % mit einer verbesserten Festigkeit.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei der Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung von metallisierten Eisenagglomeraten nach Anspruch 1. Das Cellulosefaser-Bindemittelmaterial ergibt ein Agglomerat mit einer verbesserten Festigkeit und geringeren Gesamtkosten als vergleichbare Agglomerate, bei denen im Fachgebiet bekannte Bindemittel verwendet werden.
Das Cellulosefasermaterial kann von einer beliebigen geeigneten Quelle für Cellulosefaser stammen und stammt vorzugsweise von Altmaterialien wie Papier, Karton, Holzabfällen, Bagasse oder kommunalen Abfällen. Eisenteilchen werden aus Abfallströmen des Stahlherstellungsverfahrens einschließlich Sackhausstaub und teilchenförmigen Stoffen aus zerbrochenen Briketts und Pellets erhalten. Zusätzliche ursprüngliche Eisenkomponenten können ebenfalls zur Mischung gegeben werden. Ein Reduktionsmittel, vorzugsweise pulverisierte Kohle, wird bei Bedarf zugegeben, wenn sie für eine richtige Reduktion des Agglomerats erforderlich ist.
Beim Agglomerat kann es sich um einen Brikett handeln, der durch Walzenbrikettierung gebildet wird, ein Pellet, das durch Scheiben/Trommel-Granulierverfahren, eine Extrusion oder andere bekannte Verfahren zur Bildung von Agglomeraten gebildet wird. Die Agglomerate werden für einen Zeitraum von 6 bis 20 min in einem Ofen erwärmt, was zu einem sehr starken, kohlenstoffhaltigen behandelten Produkt führt, das als Einsatzmaterial für einen Ofen zur Eisen- oder Stahlerzeugung extrem gut geeignet ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Aufgaben werden unter Bezugnahme auf die folgende, ausführliche Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen leichter ersichtlich, in denen:
1 ein Fließdiagramm ist, das ein Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemäßen Agglomeraten zeigt.
2 ist ein Diagramm, in dem die Bruchfestigkeit von Briketten, die mit verschiedenen Bindemitteln hergestellt sind, als Funktion der Verarbeitungszeit in einem Kammerofen verglichen ist.
3 ist ein Diagramm, das eine Metallisierung als Funktion der Verarbeitungszeit für Brikette veranschaulicht, die mit vier verschiedenen Bindemitteln hergestellt wurden.
4 ist ein Diagramm, das den zurückgehaltenen Kohlenstoff in Briketts, die mit vier verschiedenen Bindemitteln hergestellt wurden, als Funktion der Wärmebearbeitungstemperatur im Ofen veranschaulicht.
5 ist ein Diagramm, das die mittlere Bruchfestigkeit von grünen Briketts veranschaulicht, die mit einer Vielzahl von verschiedenen Bindemitteln hergestellt wurden.
6 ist ein Diagramm, das die prozentuale Metallisierung von Briketts veranschaulicht, die mit einem Cellulose-Bindemittel und verschiedenen Größen an Eisen-Feingut hergestellt wurden.
7 ist ein Diagramm, das die Bruchfestigkeit von Briketts veranschaulicht, die mit einem Cellulose-Bindemittel und Eisen-Feingut mit verschiedenen Größen hergestellt wurden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Gemäß der Erfindung wird Cellulosefaser als Bindemittel bei der Herstellung von grünen Agglomeraten zur Verwendung bei der direkten Reduktion von eisenhaltigem Material verwendet. Unter Verwendung eines Cellulose-Bindemittels und der hier offenbarten gefundenen Verfahren werden grüne Agglomerate aus einem klassierten eisenhaltigen Material und einem klassierten Reduktionsmittel hergestellt, die grünen Agglomeraten eine ausreichende Grünfestigkeit verleihen, so dass die Agglomerate einem Drehherdofen oder einem anderen Ofen direkt zugeführt werden können, ohne zu zerbrechen oder Feingut zu erzeugen, so dass sie während des Erwärmens eine überlegene Festigkeit erreichen, ohne den thermischen Verfahrensschritt oder die Verfahrensvorrichtungen zu beeinträchtigen, und so, dass sie insgesamt wirtschaftlicher als Agglomerate sind, die mit anderen Bindemitteln hergestellt sind.
Die Cellulosefaser, die bei der Herstellung von grünen Agglomeraten in der vorliegenden Erfindung als Bindemittel verwendet wird, kann von Abfallstoffen wie Altpapier, Karton, Holzabfall, Bagasse (Zuckerrohr-Abfall) oder kommunalem Abfall stammen. Wenn Letzterer verwendet wird, macht es keinen Unterschied, ob es sich beim Abfall um allgemeinen Abfall oder gefährlichen Abfall handelt, weil in der anschließenden Wärmebearbeitung die wärmeempfindlichen Komponenten des Abfalls zerstört werden. Die Verwendung von Cellulosefaser als bevorzugtes Bindemittel kann in wesentlichen Kostenersparnissen gegenüber herkömmlichen Bindemitteln aus Kalk/Melasse führen. Darüber hinaus ist die Festigkeit des grünen Agglomerats sowie die Festigkeit des reduzierten Presslings höher als von Agglomeraten, die mit Kalk/Melassen oder anderen üblicherweise verwendeten Bindemitteln hergestellt sind.
Vor der Agglomeration wird das Cellulosefaser-Material aus zerkleinertem oder pulverisiertem organischen Material hergestellt. Bei der Quelle für das Cellulosematerial kann es sich um jeden geeigneten Rohstoff- oder Altpapier-Produktstrom einschließlich organischer Abfallströme handeln. Cellulosequel len können neues oder Altpapier, neue oder gebrauchte Zeitungspapiere, neuen oder gebrauchten Karton, Holzabfall, Bagasse, bei der es sich typischerweise um Zuckerrohr-Abfall handelt, und kommunalen Abfall einschließlich Sekundärbrennstoffen einschließen, ohne in irgend einer Weise darauf beschränkt zu sein. Aufgrund seiner Häufigkeit ist Ausgangsmaterial zur Herstellung des Cellulosefaser-Bindemittels sehr preiswert, und weil das Cellulosematerial von Verbrauchsrückstandsströmen stammen kann, ist die Verwendung von Cellulose-Bindemitteln umweltfreundlich.
Unter Bezugnahme auf 1 werden eisenhaltige Abfallstoffe aus dem Trichter 10 zusammen mit Bindemittelmaterial aus dem Trichter 12 einem Mischer 14 und dann einer Agglomerationsvorrichtung zugeführt, die als Brikettiervorrichtung 16 dargestellt ist. Die agglomerierten Materialien treten aus der Agglomerationsvorrichtung aus und können mittels einer geeigneten Vorrichtung wie einem Sieb 18 gesiebt oder gesichtet werden. Feingut, das durch das Sieb 18 gelangt, wird durch die Rückführungsleitung 20 dem Mischer 14 wieder zugeführt. Die großen Agglomerate werden gesammelt und einem Eisen- oder Stahlschmelzofen 22 zugeführt. Das Cellulosefaser-Bindemittelmaterial wird dem Mischer 14 zusammen mit den eisenhaltigen Abfallstoffen im Wesentlichen trocken zugeführt. Das Cellulosefaser-Bindemittelmaterial beträgt vorzugsweise etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 2,0 Gew.-% der gesamten Mischung, obwohl das Bindemittel in Mengen von bis zu etwa 25 Gew.-% verwendet werden kann. Die Eisen-Abfallstoffe stammen von Stahlofen-Sackhausstaub oder gesammeltem Staub und Fragmenten aus vorherigen Brikettiervorgängen. Alternativ können die eisenhaltigen Abfallstoffe aus anderen Schritten im Stahlherstellungsverfahren stammen oder von Stahlerzeugungsanlagen mit eisenhaltigen Abfallströmen in einem anderen Werk hertransportiert werden. Beim eisenhaltigen Material handelt es sich typischerweise um Hochofenstaub, Hochofenschlamm, BOF-(Sauerstoffaufblaskonverter-)Staub, BOF-Schlamm, Walzschlamm, Walzzunder, Späne, metallisiertes DRI-Feingut, Sinterstaub, Kupolofenstaub oder Abrieb aus der Pelletherstellung. Alternativ kann Lichtbogenofen-(EAF-)Staub als Quelle für Eisenabfall verwendet werden. Die Verwendung von EAF-Staub als Einsatz material für das gefundene Verfahren ist signifikant, weil EAF-Staub als gefährlicher Abfall klassifiziert ist, der minimiert werden kann, indem der Abfall mittels des gefundenen Verfahrens recycelt wird. Durch die Verwendung von Cellulosefaser als Bindemittel braucht die Teilchengröße der eisenhaltigen Materialien nicht mehr fein gemahlen zu sein, wie dies bei Bindemitteln des Standes der Technik erforderlich war. Beispielsweise können 5 bis 10 % der eisenhaltigen Teilchen bis zu 6 mm sein, obwohl dennoch ein starkes Agglomerat erreicht wird.
Bei Bedarf kann Primäreisenerz in Form von Feingut zur Mischung gegeben werden. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Eisenabfallmaterialien in der Mischung und der erwünschten Zusammensetzung des fertigen reduzierten Briketts können Primäreisenmaterialien zugegeben werden, um unerwünschte Bestandteile des Eisenabfalls, wie große Prozentwerte an Schwefel, Mangan, Chrom etc. zu verdünnen, um überschüssigen Kohlenstoff zu verbrauchen oder um einfach den Eisengehalt zu erhöhen.
Die Menge des benötigten Reduktionsmittels hängt von der relativen Menge an Eisenkomponenten innerhalb der Mischung sowie von der verwendeten Menge an Cellulose-Bindemittel ab. Es ist gefunden worden, dass Cellulosefaser-Material effektiv als Reduktionsmittel wirken kann und alle teureren angereicherten Reduktionsmittel ersetzen kann. Somit wird die Reduktionsmittel-Komponente im Agglomerat zu 100 % durch Cellulosematerial ersetzt.
In Abhängigkeit von den Einsatzmaterialien, die während der Herstellung der Agglomerate verwendet werden, kann es ratsam sein, zusätzliches Wasser zur Mischung aus eisenhaltigem Material und Cellulose-Bindemittel zu geben. Wasser, das im Bereich von 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% der Mischung zur Mischung gegeben wird, unterstützt den Bindungsvorgang, was in einem stärkeren Agglomerat resultiert. In Fällen, in denen die grüne Mischung einen hohen Wassergehalt zwischen 3 Gew.-% und 5 Gew.-% enthält, führt die mechanische Einwirkung des Brikettiervorgangs aufgrund der physikalischen Kompression des Agglomeratmaterials und dem eigentlichen Hersauspressen von Wasser typischerweise zu einer Gewichtsverminderung des Gesamt-Feuchtigkeitsgehalts von 0–2 Gew.-%. Im Fall von Briketts ist kein Trocknen der grünen Briketts erforderlich, und die Briketts können dem Heizofen direkt zugeführt werden.
Cellulosefaser ist kein sehr dichtes bindendes Material, so dass die Mischung aus Bindemittel und eisenhaltigem Material insbesondere bei hohen Konzentrationen nicht sehr dicht ist. Die Mischung wird somit vorzugsweise brikettiert statt granuliert, so dass der Hochdruck-Brikettiervorgang das Agglomerat kompaktiert.
Labortests haben gezeigt, dass Agglomerate, die mit einem Cellulose-Bindemittel gemäß dem gefundenen Verfahren erzeugt sind, eine Grünfestigkeit haben, die mit derjenigen von Agglomeraten, die aus anderen Bindemittel-Systemen, sogar mit 10 % eisenhaltigen Materialien mit einer Größe von –3 Mesh bestehen, vergleichbar oder höher als diese ist (siehe 5). Darüber hinaus haben erwärmte Agglomerate, die Cellulose-Bindemittel enthalten, nach einer 7- bis 10-minütigen Einwirkung von Temperaturen von 1000 °C bis 1288 °C unter Stickstoff- und/oder reduzierenden Atmosphären eine signifikant höhere Bruchfestigkeit als Agglomerate, die aus anderen Bindemitteln bestehen. Weiterhin bewirkt das Cellulosefaser-Bindemittel eine Erhöhung der DRI-Bruchfestigkeit als Funktion der Heizdauer, wobei keine Bindemittel-Kombination des Standes der Technik gewöhnlich die beobachtete Erhöhung der DRI-Bruchfestigkeit als Funktion der Heizdauer (8–12 min) aufwies, die mit dem Cellulosefaser-Bindemittel erreicht wurde.
Nach dem Brikettieren werden die Briketts einem Wärmebehandlungsofen, vorzugsweise einem Drehherdofen, zugeführt, in dem sie für einen Zeitraum von etwa 6 bis etwa 20 min auf eine Temperatur von etwa 1000 °C bis etwa 1550 °C erwärmt werden. Die bevorzugte Heizdauer beträgt etwa 7 bis etwa 9 min. Durch die Verwendung dieser begrenzten Heizdauer, die eine Gesamtzeit von 20 min im Ofen nicht überschreiten sollte, ist der resultierende Brikett überraschend stark. Die Atmosphäre im Heizofen kann oxidierend, inert oder reduzierend, d.h. 0 bis etwa 10 % Brennstoffe (als H₂ + CO), sein. Agglomerate können anfänglich in einer oxidierenden Atmosphäre erwärmt werden, gefolgt von einem weiteren Erwärmen in einer inerten und/oder reduzierenden Atmosphäre. Weiterhin bezieht sich die Metallisierung eines kohlenstoffhaltigen, eisenhaltigen Agglomerats auf den restlichen Kohlenstoffgehalt.
Wenn die Briketts mit hoher Festigkeit als Einsatzmaterial für einen Stahlschmelzofen verwendet werden, halten sie zusammen und durchdringen die Schlackenschicht im geschmolzenen Metallbad des Stahlschmelzofens leicht.
Es ist gefunden worden, dass Cellulosefasermaterial ein sehr kostengünstiges Bindemittel zur Agglomeration von klassierten eisenhaltigen Materialien ist. Es ist gefunden worden, dass kleine Mengen eines Cellulose-Bindemittels (0,5–2 Gew.-%) extrem gut funktionieren (z.B. gemessene Grünfestigkeit). Andere Bindemittelsysteme benötigen mehr Bindemittel, um ähnliche Ergebnisse zu erreichen. In einigen Fällen kann eine kleine Menge an Cellulose-Bindemittel zusammen mit herkömmlichen Bindemitteln oder als Unterstützung davon verwendet werden, um in Agglomeraten zusätzliche Festigkeitsvorteile zu entwickeln. Aufgrund der verbesserten Bindungseigenschaften des Cellulosefaser-Bindemittels ist es auch möglich, starke grüne Agglomerate aus großen Teilchengrößen (0,25 bis 1,0 mm) zu erzeugen.
BEISPIELE (nicht erfindungsgemäß)
Beispiel 1
Die Brauchbarkeit von Cellulose als Bindemittel in grünen Briketts wurde untersucht, indem eine Reihe von Testproben hergestellt wurde, die jeweils aus einer 20-kg-Charge eisenhaltigem Altmaterial bestanden. Jede Charge enthielt etwa 80 Gew.-% Eisenerzpellet-Einsatzmaterial (–0,074 mm) und Eisenoxid-Feingut (–0,85 mm) und etwa 20 Gew.-% pulverisierte Kohle als Reduktionsmittel, die so klassiert war, dass 80 % des Reduktionsmittels kleiner als 200 Mesh (–0,074 mm) waren. Anwendbare Bindemittel wurden der Mischung in Mengen von etwa 1 Gew.-% zugegeben. Die Komponenten wurden etwa 5 min lang in einem Labormisch-Tellerreiber vermischt. Die gesamte Charge wurde dann einer industriellen Brikettiermaschine zugeführt. Nach dem Brikettieren wurden gute, ganze Briketts von Hand von Fragmenten oder verbliebenen Teilchen getrennt. Die Fragmente und Teilchen wurden zur Brikettiermaschine zurückgeführt. Die Bruchfestigkeit von grünen Briketts wurde bestimmt, indem 10 statistische Proben der guten, ganzen Briketts analysiert wurden. Die Briketts wurden dann in einem Thermcraft-Kammerofen bei 1288 °C mit einer Stickstoffspülung von 5 Standardliter/min reduziert. Der Kammerofen hatte ähnliche Reduktionsmerkmale wie ein richtiger industrieller direktreduzierender Ofen. Reduzierte Briketts wurden zu vorbestimmten Zeitpunkten schnell aus dem Ofen entfernt und in einer mit N₂ gespülten Kammer abkühlen gelassen.
Unter Bezugnahme auf 2 ergab eine Analyse von 20-cm³-Briketts, dass ein Bindemittel aus 1 % Papier/1 % Wasser einem Bindemittel aus 3 % Melassen/1 % Kalk überlegen zu sein scheint. Die Festigkeit des grünen Briketts war für das Cellulose-Bindemittel leicht höher, und die DRI-Festigkeit nach einer 8-minütigen Reduktion betrug fast das Zweifache derjenigen von Bindemitteln mit 3 % Melassen/1 % Kalk und 2 % Melassen. Es wurde gefunden, dass die Reduzierbarkeit des Briketts mit dem Cellulose-Bindemittel ebenfalls akzeptabel war.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 wies das Cellulose-Bindemittel ähnliche Reduktionsmerkmale wie Melassen/Kalk-Bindemittel auf. 3 zeigt, dass die Reduktionskurve und die gesamte Reduktion von mehr als 90 % nach 10 min den Merkmalen von Briketten mit Melassen/Kalk-Bindemittel sehr ähnlich sind. 4 zeigt die sich reduzierende Menge des kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels, die der Reduktion des Briketts im Laufe der Zeit entspricht. Der Kohlenstoffgehalt der Probe mit Cellulose-Bindemittel vermindert sich mit einer Rate, die derjenigen von Melassen/Kalk-Proben sehr ähnlich ist. Somit können mit den gefundenen Agglomeraten, bei denen Cellulose-Füllmittel verwendet werden, zufriedenstellende Reduktionszeiten erreicht werden.
5 fasst einen Vergleich der mittleren Bruchfestigkeiten von grünen Agglomeraten zusammen, die mit einer Vielzahl von Bindemitteln gemäß der Erfindung hergestellt wurden. Wie dargestellt ist, resultierten cellulosehaltige Zeitung (E), cellulosehaltiger Karton (G) und cellulosehaltiger Faserabfall, d.h. geschreddertes Papier (D = 1 %, F = 2 %) alle in Briketts mit einer Bruchfestigkeit, die viel höher als diejenige von standardmäßigen Bindemittelkombinationen aus Kalk und Melassen (A = 1 % Kalk/3 % Melassen, B = 2 % Kalk/4 % Melassen) war. Nur die Bagasse (C), ein Celluloseprodukt, das von Zuckerrohrstängeln stammt, zeigte keine nennenswerte Verbesserung gegenüber dem Kalk und den Melassen des Standes der Technik.
Beispiel 2
Eine Untersuchung wurde an 12-cm³-Briketts durchgeführt, die im Wesentlichen auf eine ähnliche Weise wie diejenigen hergestellt wurden, die in Beispiel 1 hergestellt wurden, außer, dass die Agglomerat-Zusammensetzung aus etwa 64,5 % primärem Eisen-Einsatzmaterial, 20,5 % Kohle-Reduktionsmittel, 13 % gesiebtem Pellet-Feingut und einer Bindemittelkombination aus 1 % Cellulose/1 % Wasser bestand. Getrennte Versuche wurden an der obigen Materialkombination durchgeführt, wobei 13 % des gesiebten Pellet-Feinguts –3 Mesh (–6,7 mm), –6 Mesh (–3,35 mm) und –20 Mesh (–0,85 mm) betrugen.
Unter Bezugnahme auf 7 wurde gefunden, dass die Presslinge mit einer kleineren Teilchengröße im Grünzustand höhere Bruchfestigkeiten aufwiesen, wobei aber sogar die Presslinge, die mit dem großen Feingut von –3 Mesh hergestellt waren, eine annehmbare mittlere Bruchfestigkeit von grünen Presslingen von 26 kg aufwiesen. Demgegenüber betrug die Bruchfestigkeit im grünen Zustand, die sich mit einer Feingut-Fraktion von –20 Mesh entwickelte, 33 kg. Unter Bezugnahme auf 6 beeinflusste die große Feingut-Fraktion mit –3 Mesh die DRI-Metallisierung nicht nachteilig, weil die Metallisierung, die mit Presslingen mit verschiedener Feingutgröße erreicht wurde, fast identisch war. DRI, das aus der Mischung hergestellt wurde, die das Feingut mit –3 Mesh enthielt, wies nach einer Reduktionsdauer von 10 min eine gute Bruchfestigkeit von 91 kg auf. Somit ermöglicht das Cellulose-Bindemittel die Formung von großem Eisen-Feingut zu Agglomeraten mit einer hohen Bruchfestigkeit und vorteilhaften Reduktionsqualitäten.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines metallisierten Eisenagglomerats, das wenigstens 40 % metallisiertes Eisen enthält, durch das Kombinieren von eisenhaltigen Materialien, 0,5 bis 25 Gew.-% Cellulosefaser, die als Reduktionsmittel wirkt und bis zu 100 % ein beliebiges Reduktionsmittel ersetzt, mit 0–5 Gew.-% Wasser unter Bildung einer Mischung, der Überführung der Mischung in ein Agglomerat, des Einspeisens des Agglomerats direkt in einen Ofen ohne einen Trocknungsschritt und des Erwärmens des Agglomerats bei einer Temperatur von 1000 °C bis 1550 °C für einen Zeitraum von 6 bis 20 min.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Agglomerat für einen Zeitraum von 7 bis 9 min erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Agglomerat bei einer Temperatur im Bereich von 1000 °C bis 1300 °C erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die eisenhaltigen Materialien ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Eisenerz, Hochofenstaub, Hochofenschlamm, Sauerstoffaufblaskonverterstaub, Lichtbogenofen-(EAF-)Staub, Sauerstoffaufblaskonverterschlamm, Walzzunder, Abrieb aus der Pelletherstellung, metallisiertem DRI-Feingut, Spänen, Walzschlamm, Sinterstaub, Kupolofenstaub und Mischungen davon.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Cellulosefaser ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus zerkleinerten organischen Abfällen, zerkleinertem Papier, Zeitungspapier, Karton, Holzabfall, zerkleinerter Bagasse (Zuckerrohr-Abfall), zerkleinertem Klärschlamm, zerkleinerten kommunalen Abfällen, Sekundärbrennstoffen und Mischungen davon.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Agglomerate anfänglich in einer oxidierenden Atmosphäre erwärmt werden, gefolgt von einem weiteren Erwärmen in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend das Einführen der Agglomerate in einen Stahlschmelzofen als eisenhaltiges Einsatzmaterial.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend das Brikettieren der Agglomerate, dann das Einführen der Agglomerate in einen Stahlschmelzofen als eisenhaltiges Einsatzmaterial.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei von 0,5 bis 15 % der Teilchen des eisenhaltigen Einsatzmaterials eine Größe von bis zu 6 mm haben.