DE60129961T2

DE60129961T2 - Direktschmelzungsverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE60129961T2
Application number: DE60129961T
Authority: DE
Inventors: Rodney James City Beach Dry; Peter Damian Winthrop Burke
Original assignee: Technological Resources Pty Ltd
Current assignee: Technological Resources Pty Ltd
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2021-03-03
Also published as: MXPA02008459A; EP1292713A4; BR0108952B1; CN1217013C; BR0108952A; CA2401805A1; WO2001064960A1; AUPQ599400A0; RU2254375C2; US20030164066A1; EP1292713B1; JP2012072502A; EP1292713A1; KR20020077934A; ES2291296T3; JP2003525352A; KR100728760B1; TW544464B; DE60129961D1; CN1406286A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein auf einem Schmelzbad basierendes Direktschmelzverfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von geschmolzenem eisenhaltigem Metall (wobei dieser Begriff Eisenlegierungen einschließt), insbesondere jedoch nicht ausschließlich von Eisen, aus einem eisenhaltigen Beschickungsmaterial, wie Erzen, teilweise reduzierten Erzen und Strömen von metallhaltigen Abfällen, das ein vorgewärmtes, auf Luft (wobei dieser Begriff mit Sauerstoff angereicherte, bis zu 50% O₂, Luft einschließt) basierendes System für die Nachverbrennungsreaktion von Gasen (die grundsätzlich CO und H₂ sind) verwendet, die im Schmelzbad erzeugt werden.
Ohne angemessene Nachverbrennung der Reaktionsgase und anschließende wesentliche Rückübertragung der Wärme auf das Schmelzbad werden solche auf einem Bad basierenden Direktschmelzverfahren, insbesondere jene ohne eine Vorreduktionsstufe, unökonomisch und aufgrund der endothermen Natur der Reduktion der eisenhaltigen Beschickungsmaterialien in vielen Fällen nicht durchführbar. Obwohl auf Sauerstoff basierende Nachverbrennungssysteme (wobei dieser Begriff reinen O₂ bis zu 50% O₂ einschließt) im Gegensatz zu auf vorgewärmter Luft basierenden Systemen Vorteile, wie eine Minimierung der Abgasvolumina, aufweisen, entstehen auch beträchtliche Kosten bei der Zuführung großer Sauerstoffmengen.
Eine weitere Bedingung besteht darin, daß eine gute Nachverbrennung nicht zu Lasten der erneuten Oxidation signifikanter Mengen des geschmolzenen eisenhaltigen Metalls im Schmelzbad gehen darf, da das Verfahren ineffizient wird, wobei zu große Mengen von festem kohlehaltigem Material erforderlich sind, um einer solchen Oxidation entgegenzuwirken. Übermäßig große Mengen von flüssigem FeOx (grundsätzlich FeO) im Schmelzbad sind auch für die feuerfeste Verkleidung im Bereich zwischen dem Niveau der nominell ruhigen Oberfläche des geschmolzenen eisenhaltigen Metalls und dem des Bades insgesamt besonders schädlich.
Ein bekanntes, auf einem Schmelzbad basierendes Direktschmelzverfahren für die Erzeugung von geschmolzenem eisenhaltigem Metall ist der DIOS-Prozeß. Der DIOS-Prozeß schließt eine Vorreduktionsstufe und eine Schmelzreduktionsstufe ein. Beim DIOS-Prozeß wird Erz (–8 mm) in verwirbelten Betten vorgewärmt (750°C) und vorreduziert (10 bis 30%), wobei Abgas aus einem Schmelzreduktionsgefäß verwendet wird, das ein Schmelzbad aus Metall und Schlacke enthält, wobei die Schlacke eine tiefe Schicht auf dem Metall bildet. Die feinen (–0,3 mm) und groben (–8 mm) Komponenten des Erzes werden in der Vorreduktionsstufe des Verfahrens getrennt. Kohle und vorgewärmtes und vorreduziertes Erz werden (über zwei Beschickungsleitungen) kontinuierlich von der Oberseite des Ofens den Schmelzreduktionsofen eingeführt. Das Erz löst sich und bildet in der tiefen Schlackeschicht FeO, und die Kohle zersetzt sich in der Schlackeschicht zu verkohltem Material und flüchtigem Material. Sauerstoff wird durch eine speziell gestaltete Lanze geblasen, womit die sekundäre Verbrennung in der aufgeschäumten Schlacke verbessert wird. Sauerstoffstrahlen verbrennen Kohlenmonoxid, das mit den Schmelzreduktionsreaktionen erzeugt wird, wodurch Wärme entsteht, die auf die geschmolzene Schlacke übertragen wird. Das FeO wird an den Grenzflächen von Schlacke/Metall und Schlacke/verkohltem Material reduziert. Ein von der Unterseite des Schmelzreduktionsgefäßes in das heiße Schmelzbad eingeführtes bewegendes Gas verbessert die Wärmeübertragungsleistung und vergrößert die Grenzfläche von Schlacke/Metall für die Reduktion. Schlacke und Metall werden periodisch abgestochen.
Ein weiteres bekanntes Direktschmelzverfahren für die Erzeugung von geschmolzenem eisenhaltigem Metall ist der AISI-Prozeß. Der AISI-Prozeß schließt ebenfalls eine Vorreduktionsstufe und eine Schmelz reduktionsstufe ein. Beim AISI-Prozeß werden vorgewärmte und teilweise reduzierte Eisenerzpellets, Kohle oder Koksgruß und Flußmittel von oben in einen unter Druck stehenden Schmelzreaktor gegeben, der ein Schmelzbad von Metall und Schlacke enthält. Die Kohle wird in der Schlackeschicht von den flüchtigen Bestandteilen befreit, und die Eisenerzpellets lösen sich in der Schlacke und werden dann vom Kohlenstoff (verkohltem Material) in der Schlacke reduziert. Hohe Gaserzeugungsraten führen zum Aufschäumen der Schlacke. Kohlenmonoxid und Wasserstoff, die in diesem Verfahren erzeugt werden, werden in der oder direkt über der Schlackeschicht nachverbrannt, wodurch die Energie bereitgestellt wird, die für die endothermen Reduktionsreaktionen erforderlich ist. Sauerstoff wird durch eine mittlere wassergekühlte Lanze von oben eingeblasen, und Stickstoff wird durch Düsen am Boden des Reaktors eingeblasen, so daß ein ausreichendes Rühren gesichert ist, damit die Wärmeübertragung der Energie der Nachverbrennung auf das Bad erleichtert wird. Das Abgas des Verfahrens wird in einem Heißzyklon vom Staub befreit, bevor es einem Ofen vom Schachttyp für das Vorwärmen und Vorreduzieren der Pellets zu FeO oder Wüstit zugeführt wird.
Ein anderes bekanntes Direktschmelzverfahren für die Erzeugung von geschmolzenem eisenhaltigem Material ist der HIsmelt-Prozeß. Eine Form des HIsmelt-Prozesses, wie sie in der Internationalen Anmeldung PCT/AU96/00197 ( WO 96/31627 ) im Namen dieses Anmelders beschrieben ist, weist folgendes auf:

(a) Erzeugen eines Schmelzbades aus Metall und Schlacke in einem Gefäß;
(b) Einblasen in das Bad von: (i) eisenhaltigem Beschickungsmaterial, typischerweise Metalloxide; und (ii) einem festen kohlehaltigem Material, typischerweise Kohle, das als Reduktionsmittel der Metalloxide und als Energiequelle wirkt; und
(c) Schmelzen des eisenhaltigen Beschickungsmaterials in der Metallschicht des Schmelzbades zu Metall.

Der HIsmelt-Prozeß umfaßt auch das Einblasen von sauerstoffhaltigem Gas in einen Raum über dem Bad und die Nachverbrennung der Reaktionsgase, wie CO und H₂, die aus dem Bad freigesetzt worden sind, und die Übertragung der erzeugten Wärme auf das Bad, so daß zu der Wärmeenergie beigetragen wird, die zum Schmelzen der metallhaltigen Beschickungsmaterialien erforderlich ist.
Der Anmelder hat eine extensive Arbeit in einer Pilotanlage und Modellberechnungen der Fluiddynamik des HIsmelt-Prozesses durchgeführt und im Zusammenhang mit auf vorgewärmter Luft basierenden Systemen eine Reihe von signifikanten Erkenntnissen gewonnen.
Allgemein ausgedrückt gibt die vorliegende Erfindung ein Direktschmelzverfahren zur Erzeugung von eisenhaltigem Metall aus einem eisenhaltigem Beschickungsmaterial an, das die Schritte einschließt, wie sie in Anspruch 1 angegeben sind.
Die Konzentration des geschmolzenen Materials im freien Raum um das untere Ende der Lanze beträgt vorzugsweise 5% oder weniger, und zwar auf das Volumen des freien Raums bezogen.
Der freie Raum um das untere Ende der Lanze ist vorzugsweise ein halbkugelförmiges Volumen, das einen Durchmesser aufweist, der mindestens das Zweifache des Außendurchmessers des unteren Endes der Lanze beträgt.
Der Durchmesser des freien Raums um das untere Ende der Lanze beträgt vorzugsweise nicht mehr als das Vierfache des Außendurchmessers des unteren Endes der Lanze.
Vorzugsweise werden mindestens 50 Vol.-%, stärker bevorzugt mindestens 60 Vol.-% des Sauerstoffs in der vorgewärmten Luft im freien Raum um das untere Ende der Lanze verbrannt.
Das Verfahren schließt vorzugsweise das Einblasen von vorgewärmter Luft in einer Wirbelbewegung in das Gefäß ein.
Der Begriff "Schmelzen" soll hier für eine thermische Verarbeitung stehen, bei der chemische Reaktion stattfinden, die das eisenhaltige Beschickungsmaterial reduzieren, so daß flüssiges Metall erzeugt wird.
Der Begriff "ruhige Oberfläche" soll für die Oberfläche des betreffenden Schmelzbades bei Verfahrensbedingungen stehen, bei denen kein Gas/keine Feststoffe eingeblasen werden und folglich das Bad nicht bewegt wird.
Wie vorstehend angegeben soll der Begriff "Luft" hier für Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft stehen, die bis zu 50 Vol.-% O₂ enthält.
Der Oberflächenstrom des Gases im Schmelzbad beträgt mindestens 0,04 Nm³/s/m² der ruhigen Oberfläche des Schmelzbades.
Vorzugsweise beträgt die Oberflächenströmungsrate des Gases mindestens 0,2 Nm³/s/m² der ruhigen Oberfläche des Schmelzbades.
Vorzugsweise beträgt die Oberflächenströmungsrate des Gases weniger als 2 Nm³/s/m² der ruhigen Oberfläche des Schmelzbades.
Der Gasstrom im Schmelzbad kann durch irgendeinen oder mehrere aus einer Anzahl von Faktoren hervorgerufen werden. Der Gasstrom kann z.B. zumindest teilweise als Ergebnis des Einblasens von eisenhaltigem Beschickungsmaterial und fester kohlehaltigem Material in das Schmelzbad, vorzugsweise in einen unteren Bereich des Schmelzbades, erzeugt werden. Als weiteres Beispiel kann der Gasstrom zumindest teilweise als Ergebnis des Einblasens von Trägergas in das Schmelzbad, vorzugsweise in den unteren Bereich des Schmelzbades, mit eingeblasenem eisenhaltigem Beschickungsmaterial und/oder festem kohlehaltigem Material hervorgerufen werden. Als weiteres Beispiel kann der Gasstrom zumindest teilweise als Ergebnis des Einblasens von einem Gas von unten und/oder durch die Seitenwände in das Schmelzbad, vorzugsweise den unteren Bereich des Schmelzbades, erzeugt werden.
Das Verfahren schließt vorzugsweise die Regelung der Menge vom gelöstem Kohlenstoff in der Eisenschmelze bei mindestens 3 Gew.-% und das Halten der Schlacke in einem stark reduzierenden Zustand ein, was zu FeO-Mengen von weniger als 6 Gew.-%, stärker bevorzugt von weniger als 5 Gew.-% in der Schlacke führt.
Das Verfahren schließt vorzugsweise das Halten eines hohen Schlackebestands im Gefäß im Verhältnis zum geschmolzenen eisenhaltigen Metall im Gefäß ein.
Die Schlackemenge im Gefäß, d.h. der Schlackebestand, hat einen direkten Einfluß auf die Schlackemenge, die in einem oberen Bereich des Schmelzbades vorliegt.
Die relativ schlechten Wärmeübertragungseigenschaften der Schlacke im Vergleich mit Metall sind im Zusammenhang mit der Minimierung des Wärmeverlustes an die wassergekühlten Seitenwände und aus dem Gefäß über die Seitenwände des Gefäßes wichtig.
Durch geeignete Steuerung des Verfahrens kann die Schlacke eine Schicht oder Schichten auf den Seitenwänden bilden, die den Widerstand gegenüber dem Wärmeverlust von den Seitenwänden erhöhen.
Durch eine Änderung des Schlackebestandes ist es folglich möglich, die Schlackemenge auf den Seitenwänden zu erhöhen oder zu verringern und somit den Wärmeverlust über die Seitenwände des Gefäßes zu steuern.
Die Schlacke kann eine "feuchte" Schicht oder eine "trockene" Schicht auf den Seitenwänden bilden. Eine "feuchte" Schicht umfaßt eine erstarrte Schicht, die an den Seitenwänden haftet, eine halbfeste (breiige) Schicht und einen äußeren flüssigen Film. Eine "trockene" Schicht ist eine, bei der im wesentlichen die gesamte Schlacke erstarrt ist.
Die Schlackemenge im Gefäß bietet auch eine Möglichkeit zur Steuerung des Ausmaßes der Nachverbrennung.
Wenn insbesondere der Schlackebestand zu gering ist, liegt mehr Metall frei, und folglich gibt es eine verstärkte Oxidation des Metalls und mehr gelösten Kohlenstoff im Metall, und die Möglichkeit einer reduzierten Nachverbrennung und folglich einer geringeren Nachverbrennung nimmt zu – trotz des positiven Effektes, den das Metall auf die Wärmeübertragung auf die Metallschicht hat.
Wenn der Schlackebestand außerdem zu groß ist, werden die eine oder mehr als eine Lanze zum Einblasen von vorgewärmter Luft im Schmelzbad begraben, und dies minimiert die Bewegung der Reaktionsgase des oberen Raums zum Ende der oder jeder Lanze und verringert folglich die Möglichkeit der Nachverbrennung.
Die Schlackemenge im Gefäß, d.h. der Schlackebestand, kann durch die Abstichraten von Metall und Schlacke geregelt werden.
Die Schlackeerzeugung im Gefäß kann gesteuert werden, indem die Beschickungsraten von eisenhaltigem Beschickungsmaterials, kohlehaltigem Material und Flußmittel für das Gefäß und die Betriebsparameter, wie die Einblasraten von sauerstoffhaltigem Gas, geändert werden.
Das Verfahren schließt vorzugsweise das Einblasen von eisenhaltigem Material und kohlehaltigem Material, das als Reduktionsmittelquelle und als Energiequelle wirkt, in den unteren Bereich des Schmelzbades ein.
Eine Möglichkeit besteht darin, eisenhaltiges Material und kohlenhaltiges Material durch Lanzen/Düsen einzublasen, die sich nach unten in das Schmelzbad erstrecken. Die Lanzen/Düsen erstrecken sich typischerweise durch die Seitenwände des Gefäßes und sind im Inneren des Schmelzbades einwärts und nach unten in einem Winkel angeordnet.
Eine weitere Möglichkeit, obwohl keineswegs die einzige andere Möglichkeit, besteht darin, eisenhaltiges Material und kohlenhaltiges Material durch Düsen im Boden des Gefäßes oder in den Seitenwänden des Gefäßes, die mit dem Schmelzbad in Kontakt stehen, einzublasen.
Das Einblasen von eisenhaltigem Material und kohlehaltigem Material kann durch die gleichen oder getrennte Lanzen/Düsen erfolgen.
Der Wert der Nachverbrennung beträgt vorzugsweise mindestens 40%, wobei die Nachverbrennung wie folgt definiert wird:
worin:

[CO₂]: = Vol.-% von CO₂ im Abgas,
[H₂O]: = Vol.-% von H₂O im Abgas,
[CO]: = Vol.-% von CO im Abgas und
[H₂]: = Vol.-% von H₂ im Abgas.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Erzeugung von eisenhaltigem Metall aus einem eisenhaltigem Beschickungsmaterial durch ein Direktschmelzverfahren bereitgestellt, wobei die Vorrichtung ein Gefäß einschließt, das ein Bad von geschmolzenem Metall und geschmolzener Schlacke und einen durchgängigen Gasraum über dem Schmelzbad enthält, wobei das Gefäß folgendes aufweist:

(a) einen Herd, der aus feuerfestem Material gebildet ist, mit einer Unterseite und Seiten, die mit einem unteren Bereich des Schmelzbades in Kontakt stehen;
(b) Seitenwände, die sich von den Seiten des Herdes nach oben erstrecken und mit einem oberen Bereich des Schmelzbades und dem durchgängigen Gasraum in Kontakt stehen, wobei die Seitenwände, die mit dem durchgängigen Gasraum in Kontakt stehen, wassergekühlte Platten und auf den Platten eine Schlackeschicht einschließen;
(c) eine Einrichtung, um eisenhaltiges Beschickungsmaterial und kohlehaltiges Material in das Gefäß einzuführen;
(d) eine Einrichtung, um im Schmelzbad einen Gasstrom zu erzeugen, der geschmolzenes Material nach oben über die nominell ruhige Oberfläche des Schmelzbades befördert und ein erhöhtes Bad bildet;
(e) zumindest eine Lanze, die sich nach unten in das Gefäß erstreckt und vorgewärmte Luft in einem Winkel von 20 bis 90° im Verhältnis zur waagerechten Achse mit einer Geschwindigkeit von 200 bis 600 m/s und einer Temperatur von 800 bis 1400°C in das Gefäß einbläst, wobei die Lanze so angeordnet ist, daß: (i) sich die Lanze über eine Distanz in das Gefäß erstreckt, die zumindest der Außendurchmessers des unteren Endes der Lanze ist; und (ii) sich das untere Ende der Lanze mit mindestens mit dem Dreifachen des Außendurchmessers des unteren Ende der Lanze über der ruhigen Oberfläche des Schmelzbades befindet; wobei die Luft, die auf das erhöhte Bad auftrifft oder in dieses eindringt und die Nachverbrennung von Reaktionsgasen, die aus dem erhöhten Bad freigesetzt wurden oder in diesem enthalten sind, und das Einblasen von Luft das geschmolzene Material im erhöhten Bad im Bereich des unteren Endes der Lanze von diesem unteren Ende wegdrücken, so daß es um das untere Ende der Lanze einen "freien" Raum gibt, der eine geringere Konzentration vom geschmolzenem Material als im erhöhten Bad aufweist; und
(f) eine Einrichtung zum Abstechen von geschmolzenem Material und Schlacke aus dem Gefäß.

Die Zuführungseinrichtung/Gaserzeugungseinrichtung schließt vorzugsweise eine Vielzahl von Lanzen/Düsen ein, die eisenhaltiges Be schickungsmaterial und kohlehaltiges Material mit einem Trägergas in das Schmelzbad einblasen und den Gasstrom erzeugen.
Die vorliegende Erfindung wird als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben, welche zeigen:
1 eine senkrechten Schnittansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
2 einen Längsschnitt durch die Lanze zum Einblasen von Heißluft, die in 1 dargestellt ist;
3 einen vergrößerten Längsschnitt durch das vordere Endteil der Lanze;
4 einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 in 3;
5 einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 in 3;
6 einen Querschnitt entlang der Linie 6-6 in 5;
7 einen Querschnitt entlang der Linie 7-7 in 6;
8 Wasserströmungswege, die in einem vorderen Teil des mittleren Körpers ausgebildet sind, die mit dem vorderen Ende der Lanze verfügbar sind;
9 eine Entwicklung, die die Anordnung von Gängen für den Zulauf und die Rückführung von Wasser für den mittleren Körperteil und vier den Strom verwirbelnde Flügel im vorderen Teil der Lanze zeigt; und
10 einen vergrößerten Querschnitt durch einen hinteren Teil der Lanze.
Die folgende Beschreibung steht im Zusammenhang mit dem Schmelzen von Eisenerz, um geschmolzenes Eisen zu erzeugen, und es ist selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Verwendungszweck begrenzt ist und bei irgendwelchen geeigneten Eisenerzen und/oder Konzentraten angewendet werden kann – einschließlich teilweise reduzierter Eisenerze und Rücklaufschrottmaterialien.
Die in 1 dargestellt Direktschmelzvorrichtung schließt ein metallurgisches Gefäß ein, das allgemein mit 11 bezeichnet ist. Das Gefäß 11 weist folgendes auf: einen Herd, der eine Basis 12 und Seiten 13 aus feuerfesten Ziegeln aufweist; Seitenwände 14, die ein im allgemeinen zylindrisches Gefäß bilden, das sich von den Seiten 13 des Herdes nach oben erstreckt und das einen oberen Gefäßabschnitt 151, der von wassergekühlten Platten gebildet wird, und einen unteren Gefäßabschnitt 153 einschließt, der von wassergekühlten Platten gebildet wird, die eine innere Auskleidung aus feuerfesten Ziegeln aufweisen; ein Gewölbe 17; einen Auslaß 18 für Abgase; einen Vorherd 19 für die kontinuierliche Abgabe von geschmolzenem Metall; und ein Abstichloch 21 für die Abgabe von geschmolzener Schlacke.
Bei Verwendung enthält das Gefäß ein Schmelzbad aus Eisen und Schlacke, das unter ruhigen Bedingungen eine Schicht 22 aus geschmolzenen Metall und auf der Metallschicht 22 eine Schicht 23 aus geschmolzener Schlacke einschließt. Der Begriff "Metallschicht" soll hier für einen Bereich des Bades stehen, der vorwiegend Metall ist. Der Begriff "Schlackeschicht" soll hier für einen Bereich des Bades stehen, der vorwiegend Schlacke ist. Der Pfeil mit der Bezugsziffer 24 bezeichnet die Position der nominell ruhigen Oberfläche der Metallschicht 22, und der Pfeil mit der Bezugsziffer 25 bezeichnet die Position der nominell ruhigen Oberfläche der Schlackeschicht 23 (d.h. des Schmelzbades). Der Begriff "ruhige Oberfläche" soll für die Oberfläche stehen, wenn kein Gas und keine Feststoffe in das Gefäß eingeblasen werden.
An das Gefäß ist eine sich nach unten erstreckende Lanzen 26 zum Einblasen von Heißluft angebracht, um in einen oberen Bereich des Gefäßes Heißwind einzuführen und aus dem Schmelzbad freigesetzte Reaktionsgase einer Nachverbrennung zu unterziehen. Die Lanze 26 hat einen Außendurchmesser D am unteren Ende der Lanze. Die Lanze 26 ist so angeordnet, daß:

(i) die Mittelachse der Lanze 26 einen Winkel von 20 bis 90° zur waagerechten Achse hat, so daß der Einblaswinkel der Heißluft in diesem Bereich liegt;
(ii) sich die Lanze 26 über eine Distanz in das Gefäß erstreckt, die zumindest der Außendurchmesser D des unteren Endes der Lanze ist; und
(iii) sich das untere Ende der Lanze 26 mit mindestens dem Dreifachen des Außendurchmessers D des unteren Ende der Lanze über der ruhigen Oberfläche 25 des Schmelzbades befindet.

Die Lanze 26 wird anhand der 2 bis 10 ausführlicher beschrieben.
An das Gefäß sind auch Lanzen 27 zum Einblasen von Feststoffen angebracht (es sind zwei dargestellt), die sich nach unten und einwärts durch die Seitenwände 14 und in das Schmelzbad erstrecken, um Eisenerz, festes kohlenhaltiges Material und Flußmittel, die in einem Trägergas mit Sauerstoffmangel mitgerissen werden, in das Schmelzbad einzublasen. Die Position der Lanzen 27 wird so gewählt, daß sich ihre Auslaßenden 82 über der ruhigen Oberfläche des Metallschicht 22 befinden. Diese Position der Lanzen verringert die Gefahr eine Beschädigung durch den Kontakt mit geschmolzenem Material und ermöglicht es auch, die Lanzen durch interne Zwangskühlung mit Wasser zu kühlen, ohne daß eine signifikante Gefahr besteht, daß das Wasser mit der Metallschmelze im Gefäß in Kontakt kommt.
Bei Verwendung werden Eisenerz, festes kohlehaltiges Material (typischerweise Kohle) und Flußmittel (typischerweise Kalk und Magnesiumoxid), die in einem Trägergas (typischerweise N₂) mitgerissen werden, durch die Lanzen 27 in das Schmelzbad 15 eingeblasen. Der Impuls von festem Material/Trägergas bewirkt, daß das feste Material und das Gas in Richtung eines unteren Bereichs des Schmelzbades eindringen. Die Kohle wird von flüchtigen Bestandteilen befreit, und dadurch wird im unteren Bereich des Bades ein Gas erzeugt. Kohlenstoff löst sich teilweise im Metall und bleibt teilweise als feste Kohle zurück. Das Eisenerz wird zu Metall geschmolzen, und die Schmelzreaktion erzeugt gasförmiges Kohlenmonoxid. Die Gase, die in den unteren Bereich des Bades befördert worden sind und durch das Entfernen der flüchtigen Bestandteile und das Schmelzen erzeugt worden sind, führen zu einer deutlicher Auftriebsbewegung von geschmolzenem Metall, fester Kohle und Schlacke (die als Folge des Einblasens von Feststoff/Gas in den unteren Bereich des Bades gezogen worden ist) aus dem unteren Bereich des Bades, wodurch es zu einer Aufwärtsbewegung von Spritzern, Tropfen und Strömen von geschmolzenem Metall und Schlacke kommt, und diese Spritzer, Tropfen und Ströme reißen Schlacke mit sich, wenn sie sich durch den oberen Bereich des Schmelzbades bewegen. Der durch das vorstehen beschriebene Einblasen von Trägergas und die Reaktionen im Bad erzeugte Gasstrom beträgt mindestens 0,4 Nm³/s/m² der ruhigen Oberfläche des Schmelzbades (d.h. der Oberfläche 25).
Die Auftriebsbewegung von geschmolzenem Metall, fester Kohle und Schlacke führt zu einer wesentlichen Bewegung im Schmelzbad, mit dem Ergebnis, das sich das Volumen des Schmelzbades 23 ausdehnt und die mit dem Pfeil 30 angegebene Oberfläche hat. Das Ausmaß der Bewegung ist derart, daß es innerhalb des gesamten Schmelzbades eine vernünftige gleichmäßige Temperatur – typischerweise 1450 bis 1550°C – gibt.
Außerdem erstreckt sich die Aufwärtsbewegung von Spritzern, Tropfen und Strömen vom geschmolzenem Material, die durch die Auftriebsbewegung von geschmolzenem Metall, fester Kohle und Schlacke hervorgerufen worden ist, in den oberen Bereich 31 über dem Schmelzbad im Gefäß und:

(a) bildet eine Übergangszone (28); und
(b) schleudert etwas geschmolzenes Material (vorwiegend Schlacke) über die Übergangszone 28 hinaus und auf den Teil des oberen Gefäßabschnittes 151 der Seitenwände 14, der sich über der Übergangszone 28 befindet, und auf das Gewölbe 17.

Dieses erweiterte Schmelzbad und die Übergangszone 28 definieren das erhöhte Bad.
Zusätzlich dazu wird bei Verwendung Heißluft mit einer Temperatur von 800 bis 1400°C mit einer Geschwindigkeit von 200 bis 600 m/s durch die Lanze 26 abgegeben und dringt in den mittleren Bereich der Übergangszone 28 und führt dazu, daß sich um das untere Ende der Lanze 26 ein im wesentlichen von Metall/Schlacke freier Raum 29 bildet.
Der Heißwind durch die Lanze 26 verbrennt die Reaktionsgase CO und H₂ in der Übergangszone 28 und im freien Raum 29 um das un tere Ende der Lanze 26 nach und erzeugt im Gasraum hohe Temperaturen in der Größenordnung von 2000°C oder darüber. Die Wärme wird in dem Bereich, in den Gas eingeblasen wird, auf die aufsteigenden und absinkenden Spritzer, Tropfen und Ströme des geschmolzenen Materials übertragen, und die Wärme wird dann teilweise auf das gesamte Schmelzbad übertragen.
Der freie Raum 29 ist wichtig, um hohe Nachverbrennungswerte zu erreichen, da er das Mitreißen von Gasen im Raum über der Übergangszone 28 in den Endbereich der Lanze 26 ermöglicht und dadurch mehr verfügbare Reaktionsgase der Nachverbrennung ausgesetzt werden.
Der kombinierte Effekt aus Position der Lanze 26, Strömungsrate des Gases durch die Lanze 26 und Aufwärtsbewegung von Spritzern, Tropfen und Strömen von geschmolzenem Material dient dazu, um den unteren Bereich der Lanze 26 eine Übergangszone 28 zu formen. Dieser geformte Bereich sorgt für eine teilweise Sperre gegenüber der Wärmeübertragung durch Strahlung auf die Seitenwände 14.
Die aufsteigenden und absinkenden Tropfen, Spritzer und Ströme des Materials stellen zudem eine wirksame Maßnahme dar, um Wärme aus der Übergangszone 28 auf das Schmelzbad zu übertragen, als Ergebnis liegt die Temperatur der Übergangszone 28 im Bereich der Seitenwände 14 in der Größenordnung von 1450 bis 1550°C
Der Aufbau der Lanze 26 zum Einblasen von Heißluft ist in den 2 bis 9 dargestellt. Wie in diesen Figuren gezeigt, umfaßt die Lanze 26 eine längliche Röhre 31, durch die der Heißluftstrom gelangt, der mit Sauerstoff angereichert sein kann. Die Röhre 31 besteht aus einer Reihe von vier konzentrischen Rohren 32, 33, 34, 35 aus rostfreiem Stahl, die sich zu einem vorderen Endteil 36 der Röhre erstrecken, wo sie zu einem Endstück 37 in Form einer Spitze verbunden sind. Ein längliches Körperteil 38 befindet sich mittig im vorderen Endteil 36 der Röhre und trägt eine Reihe von vier verwirbelnden Flügeln 39. Das mittlere Körperteil 38 hat eine längliche zylindrische Gestalt mit abgerundeten oder gewölbten vorderen und hinteren Enden 41, 42. Flügel 39 sind in einer schraubenförmigen Formation mit vier Anfängen angeordnet und an ihren vorderen Enden durch radial nach außen verlaufende Flügelenden 45 mit dem vorderen Teil der Röhre verbunden.
Die Röhre 31 ist im Inneren über den größten Teil ihrer Länge mit einer inneren feuerfesten Auskleidung 43 verkleidet, die im innersten Metallrohr 35 der Röhre sitzt und sich durch diese bis zu den vorderen Endteilen 42 der Flügel erstreckt, wobei die Flügel 39 passend in der feuerfesten Auskleidung hinter diesem vorderen Endteilen 42 sitzen.
Das Endstück 37 der Röhre in Form einer Spitze weist einen hohlen ringförmigen Kopf oder eine Spitzenstruktur 44 auf, die vom Rest der Röhre nach vorn ragt, so daß sie mit der inneren Oberfläche der feuerfesten Auskleidung 43 im allgemeinen bündig ist, womit der wirksame Strömungsweg für das Gas durch die Röhre definiert wird. Das vordere Ende des mittleren Körperteils 38 ragt nach vorn über diese Spitzenstruktur 44, so daß das vordere Ende des Körperteils und der Spitzenstruktur zusammenwirken, wodurch eine ringförmige Düse gebildet wird, aus der der Heißwind in einem ringförmig divergierenden Strom mit einer starken Rotations- oder Wirbelbewegung austritt, die durch die Flügel 39 verliehen wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Spitzenstruktur 44 der Röhre, das mittlere Körperteil 38 und die Flügel 39 jeweils intern mit Kühlwasserströmen wassergekühlt, die von der Einrichtung in Form von Kühlwasserströmungswegen bereitgestellt werden, die allgemein mit 51 bezeichnet wird und sich durch die Wand der Röhre erstreckt.
Die Einrichtung 51 in Form von Wasserströmungswegen umfaßt einen Strömungsweg 52 für die Wasserzufuhr, der vom ringförmigen Raum zwischen den Rohren 33, 34 der Röhre definiert wird, um den hohlen Innenraum 53 der Spitzenstruktur 44 der Röhre mittels der entlang des Umfangs in einem Abstand angeordneten Öffnungen 54 im Endstück 37 in Form einer Spitze Kühlwasser zuzuführen. Wasser wird aus dem Endstück in Form einer Spitze durch entlang des Umfangs in einem Abstand angeordnete Öffnungen 55 in einen ringförmigen Strömungsweg 56 für den Wasserrücklauf zurückgeleitet, der zwischen den Rohren 32 und 33 der Röhre definiert wird und ebenfalls einen Teil der Einrichtung 51 in Form von Wasserströmungswegen bildet. Der hohle Innenraum 52 des Endstücks 37 in Form einer Spitze wird folglich kontinuierlich mit Kühlwasser versorgt, so daß er als interner kühlender Strömungsweg dient. Das Kühlwasser für die Spitze der Lanze wird durch den Wassereinlaß 57 am hinteren Ende der Lanze in den Strömungsweg 52 für die Zufuhr geleitet, und das zurückkehrende Wasser verläßt die Lanze durch einen Auslaß 58 ebenfalls am hinteren Ende der Lanze.
Der ringförmige Raum 59 zwischen den Rohren 34 und 35 der Röhre wird durch schraubenförmig gewundene Verteilerglieder in acht getrennte schraubenförmige Strömungswege unterteilt, die sich vom hinteren Ende der Röhre durch das vordere Endteil 36 der Röhre erstrecken. Vier dieser Strömungswege werden unabhängig voneinander durch vier entlang des Umfangs in einem Abstand angeordnete Wassereinlässe 62 mit Wasser versorgt, so daß vier unabhängige Wasserquellen zum Kühlen der Flügel 39 und des Körperteils 38 bereitgestellt werden. Die anderen vier Strömungswege dienen als Strömungswege für den Rücklauf, die mit einem gemeinsamen ringförmigen Verteilerströmungsweg 63 für den Rücklauf und einem einzigen Wasserauslaß 64 verbunden sind.
Die Flügel 39 haben eine hohle Gestalt, und die Innenräume sind unterteilt, so daß Strömungswege für den Wasserzulauf und -ablauf gebildet werden, durch die das Wasser zum mittleren Körperteil 38 und von diesem weg fließt, das ebenfalls mit Wasserströmungswegen für die interne Wasserkühlung ausgestattet ist. Die vorderen Endteile 45 der Flügel 39 sind über vier Wassereinlaßschlitze 65 mit dem vorderen Ende des innersten Rohrs 35 der Röhre verbunden, durch die Wasser aus den vier getrennt belieferten Strömungswegen für den Wasserzulauf in die radial einwärts gerichteten Strömungswege 66 für den Zulauf in den vorderen Enden der Flügel strömt. Das Kühlwasser strömt dann in das vordere Ende des mittleren Körperteils 38.
Das mittlere Körperteil 38 besteht aus vorderen und hinteren inneren Körperteilen 68, 69, die in einem Gehäuse 70 enthalten sind, das von einem zylindrischen Hauptabschnitt 71 und gewölbten vorderen und hinteren Endstücken 41, 42 gebildet wird, die mit Verschleißschichten versehen sind, um dem Abrieb durch Splitter des feuerfesten Materials und anderes partikelförmiges Material zu widerstehen, die vom Heißgasstrom mitgerissen werden. Ein Zwischenraum 74 zwischen den inneren Teilen 68, 69 und dem Außengehäuse des mittleren Körperteils ist durch Verteilerrippen 77, 78, die auf den Außenseiten der inneren Körperteile 68, 69 ausgebildet sind, in zwei Sätze von peripheren Wasserströmungswegen 75, 76 unterteilt. Der vordere Satz der peripheren Wasserströmungskanäle 75 ist so angeordnet, daß sie sich in der in 8 gezeigten Art und Weise vom vorderen Ende des mittleren Körperteils und zurück um den Körper ausbreiten. Ein Strömungsführungseinsatz 81 befindet sich mittig im inneren Körperteil 68, so daß er sich durch den Wasserströmungsweg 67 erstreckt und diesen Strömungsweg in vier entlang des Umfangs in einem Abstand angeordnete Wasserströmungswege unterteilt, die die durch die Strömungswege 66 für den Wasserzulauf in den vorderen Enden der Flügel ankommenden Wasserströme unabhängig aufnehmen, so daß vier unabhängige Wasserzulaufströme durch das vordere Ende des mittle ren Körperteils aufrechterhalten werden. Diese getrennten Wasserströme stehen mit den vier vorderen peripheren Wasserströmungskanälen 75 in Verbindung, durch die Wasser um das vordere Ende des mittleren Körperteils zurückströmt.
Eine Prallplatte 82 trennt die Strömungswege 66, 67 für den Wasserzulauf in den vorderen Enden der Flügel und dem mittleren Körperteils von den Wasserströmungswegen in den hinteren Teilen der Flügel und dem mittleren Körperteil. Das durch die vorderen peripheren Kanäle 75 zurückströmende Wasser erstreckt sich durch die Schlitze 83 in diesem Prallblech, das sich zwischen den Strömungswegen 66 für den Zulauf befindet, so daß in den mittleren Strömungsweg 84 im hinteren Körperteil 69 zurückströmt. Dieser Strömungsweg wird durch eine mittlere Strömungsführung 85 ebenfalls in vier getrennte Strömungskanäle unterteilt, so daß sich die vier getrennten Wasserströme weiter bis zum hinteren Ende des mittleren Körpers fortsetzen. Die hinteren peripheren Strömungskanäle 76 sind in ähnlicher Weise ebenfalls in einer Gruppe von Vier für die Umgehungen 75 am vorderen Ende des mittleren Körpers angeordnet, so daß sie die vier getrennten Wasserströme am hinteren Ende des Körpers aufnehmen und sie um den Umfang des Körpers zurück zu den vier entlang des Umfangs in einem Abstand angeordneten Auslaßschlitzen 86 im Gehäuse mitnehmen, durch die das Wasser in den Strömungsweg 87 für den Rücklauf in den Flügeln strömt.
Die hohlen Flügel werden im Inneren von länglichen Prallplatten 89 unterteilt, so daß die Kühlwasserströmungswege von den inneren vorderen Enden der Flügel zurück zu den hinteren Enden der Flügel, danach nach außen und nach vorn entlang der äußeren länglichen Enden der Flügel zu den sich radial erstreckenden Strömungswegen 91 für den Wasserablauf in den vorderen Enden 42 der Flügel verlaufen, die über die Auslaßschlitze 93 mit den vier entlang des Umfangs in einem Abstand angeordneten Strömungswegen für den Rücklauf in Verbin dung stehen, die sich durch die Wand der Röhre zurück zum gemeinsamen Auslaß 64 am hinteren Ende der Röhre erstrecken. Die Prallplatte 82 teilt die Strömungswege 66, 91 für den Zulauf und den Auslaß im Inneren der Flügel, und die Schlitze 65, 93 für den Wasserzulauf und -auslaß für jeden Flügel sind im vorderen Ende des inneren Rohrs 35 der Röhre in einem Winkel zur Längsrichtung ausgebildet, so daß sie zum Schrägungswinkel der Flügel passen, wie es in 3 dargestellt ist.
Die vorderen Enden der vier konzentrischen Rohre, 32, 33, 34, 35 der Rohre sind mit drei Flanschen 94, 95, 96 des Stücks 55 in Form einer Spitze verschweißt, so daß sie haltbar zu einer festen Struktur am vorderen Ende der Lanze verbunden sind. Die hinteren Enden der Rohre der Röhre können sich im Verhältnis zueinander in Längsrichtung bewegen, so daß eine unterschiedliche Wärmeausdehnung beim Betrieb der Lanze möglich ist. Wie es in 10 besonders deutlich zu sehen ist, ist das hintere Ende des Rohrs 32 der Röhre mit einem herausragenden Flansch 101 ausgestattet, an den eine durchgängige Struktur 102 geschweißt ist, die die verschiedenen Wassereinlässe und -auslasse 57, 58, 62, 64 trägt. Die Struktur 102 schließt einen inneren ringförmigen Flansch 103 ein, an den ein Runddichtring 104 angebracht ist, der als Gleitbefestigung für das hintere Ende des Rohrs 33 der Röhre dient, so daß sich das Rohr 33 der Röhre unabhängig vom äußeren Rohr 32 der Röhre in Längsrichtung ausdehnen und zusammenziehen kann. Die Struktur 105, die an das hintere Ende des Rohrs 34 der Röhre geschweißt ist, schließt ringförmige Flansche 106, 107 ein, an die Runddichtringe 108, 109 angebracht sind, die für eine Gleitbefestigung für das hintere Ende des Rohrs 34 der Röhre im Inneren der äußeren Struktur 102 sorgen, die an das hintere Ende des Rohrs 32 der Röhre angebracht ist, so daß sich auch das Rohr 34 der Röhre unabhängig vom Rohr 32 der Röhre ausdehnen und zusammenziehen kann. Das hintere Ende des innersten Rohrs 35 der Röhre ist mit einem herausragenden Flansch 111 versehen, an den ein Rund dichtring 112 angebracht ist, der in einen ringförmigen Ring 113 eingreift, der an der äußeren Struktur 102 befestigt ist, so daß auch für eine Gleitbefestigung für das innerste Rohr der Röhre gesorgt wird, womit das unabhängige Ausdehnen und Zusammenziehen in Längsrichtung möglich ist.
Es wird auch für die Wärmeausdehnung der die Strömung ausrichtenden Flügel 39 und des inneren Körperteils 38 gesorgt. Die Flügel 39 sind nur an ihren vorderen Enden und insbesondere an den Stellen mit der Röhre und dem inneren Körperteil verbunden, an denen es an den inneren und äußeren Teilen der vorderen Enden der Flügel Wasserzulauf- und -ablaufströme gibt. Die hauptsächlichen Teile der Flügel passen einfach zwischen die feuerfeste Auskleidung 43 der Röhre und das Gehäuse des mittleren Körperteils 38 und können sich ungehindert in Längsrichtung ausdehnen. Der Verteiler 85 für den Wasserstrom im hinteren Abschnitt des inneren Körperteils weist eine kreisförmige vordere Endplatte auf, die im Inneren einer maschinell bearbeiteten Oberfläche eines rohrförmigen Zapfens 122 auf der Prallplatte 82 gleitet, damit sich das vordere und das hintere Teil des mittleren Körperteils bei Wärmeausdehnung voneinander weg bewegen können, wobei die Abdichtung zwischen den getrennten Wasserströmungswegen erhalten bleibt. Es ist eine Wärmeausdehnungsverbindung 133 vorgesehen, um die Wärmeausdehnung zwischen den vorwärts gerichteten und vorderen Enden des mittleren Körperteils aufzunehmen.
Um weiterhin eine Wärmeausdehnung zu ermöglichen, können die Flügel 39 so geformt sein, daß sie sich nicht zwischen dem Gehäuse des mittleren Körperteils und der feuerfesten Auskleidung der Röhre radial nach außen erstrecken, wenn das Ganze im Querschnitt betrachtet wird, sondern daß sie in einem Winkel zur wahren radialen Richtung etwas versetzt sind, wenn die Rohre der Lanze und der mittlere Körper in einem kalten Zustand sind. Die anschließende Ausdehnung der Rohre der Röhre beim Betrieb der Lanze ermöglicht es, daß sie Flügel in Richtung der wahren radialen Positionen gezogen werden, wobei ein angemessener Kontakt mit der Auskleidung der Röhre und dem mittleren Körperteil erhalten bleibt, während radiale Spannungen an den Flügeln aufgrund der Wärmeausdehnung vermieden werden.
Beim Betrieb der dargestellten Lanze zum Einblasen von Heißluft werden den vier verwirbelnden Flügel 39 unabhängig Kühlwasserströme zugeführt, so daß es keinen Verlust der Kühlleistung aufgrund unterschiedlicher Strömungseffekte gegen kann. Die unabhängigen Kühlwasserströme werden auch für die vorwärts gerichteten und hinteren Enden des mittleren Körperteils 38 vorgesehen, so daß heiße Stellen aufgrund eines fehlenden Wasserstroms wegen möglicher bevorzugter Strömungseffekte eliminiert werden. Das ist beim Kühlen des vorderen Endes 72 des mittleren Körperteils besonders kritisch, das im Inneren des Schmelzgefäßes Bedingungen mit extrem hoher Temperatur ausgesetzt ist.
Die Rohre der Röhre können sich bei Wärmeausdehnungs- und -kontraktionseffekten unabhängig in Längsrichtung ausdehnen und zusammenziehen, und die Flügel und die mittleren Körperteile können sich ebenfalls ausdehnen und zusammenziehen, ohne daß die strukturelle Integrität der Lanze oder die Aufrechterhaltung der verschiedenen unabhängigen Kühlwasserströme beeinträchtigt wird.
Es hat sich gezeigt, daß die dargestellte Lanze 26 unter extremen Temperaturbedingungen im Inneren eines Direktschmelzgefäßes arbeiten kann, in dem durch den HIsmelt-Prozeß geschmolzenes Eisen erzeugt wird. Die Strömungsrate des Kühlwassers durch die vier verwirbelnden Flügel und das mittlere Körperteil ist typischerweise in der Größenordnung von 90 m3/h, und die Strömungsrate durch das Außengehäuse und die Lanzenspitze liegt in der Größenordnung von 400 m3/h. Die gesamte Strömungsrate kann folglich bei einem maxi malen Betriebsdruck in der Größenordnung von 1500 kPa g in der Größenordnung von 490 m3/h liegen.
Es ist selbstverständlich, daß die Erfindung keineswegs auf Einzelheiten des beschriebenen Verfahrens und des dargestellten Aufbaus beschränkt ist und viele Modifizierungen und Abänderungen im Umfang dieser Erfindung liegen.

Claims

Direktschmelzverfahren zur Herstellung von eisenhaltigem Metall aus einem eisenhaltigen Beschickungsmaterial, das die folgenden Schritte aufweist: (a) Erzeugen eines Bades aus geschmolzenem Metall und geschmolzener Schlacke in einem metallurgischen Gefäß; (b) Einblasen von eisenhaltigem Beschickungsmaterial in das Schmelzbad und Schmelzen des eisenhaltigen Beschickungsmaterials im Schmelzbad zu Metall; (c) Einblasen von festem kohlehaltigem Material in das Schmelzbad, so daß die Menge des im geschmolzenen Eisen gelösten Kohlenstoffs im Schmelzbad mindestens 3 Gew.-% beträgt: (d) Erzeugen eines Gasstroms im Schmelzbad zumindest teilweise durch die Reaktionen des eingeblasenen Materials im Bad, der geschmolzenes Material nach oben über die ruhige Oberfläche des Schmelzbades (wie sie hier definiert ist) befördert, wodurch ein erhöhtes Bad erzeugt wird; (e) Einblasen von vorgewärmter Luft durch zumindest eine Lanze in das Gefäß, so daß sie auf das erhöhte Bad auftrifft oder in dieses eindringt und Reaktionsgase nachverbrennt, die aus dem erhöhten Bad freigesetzt werden oder in diesem enthalten sind, wodurch die Wärmeübertragung auf das Schmelzbad erleichtert wird, wobei die Luft geschmolzenes Material im erhöhten Bad im Bereich des unteren Endes der Lanze von der Lanze wegdrückt und um das untere Ende der Lanze einen freien Raum bildet, der eine Konzentration des geschmolzenen Materials aufweist, die geringer als die Konzentration des geschmolzenen Materials im erhöhten Bad ist; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die vorgewärmte Luft in einem Winkel von 20 bis 90° zur waagerechten Achse und mit einer Temperatur von 800 bis 1400°C und einer Geschwindigkeit von 200 bis 600 m/s nach unten in das Gefäß eingeblasen wird, wobei die Lanze so angeordnet ist, daß: (i) sich die Lanze über eine Distanz in das Gefäß erstreckt, die zumindest der Außendurchmesser des unteren Endes der Lanze ist; und (ii) sich das untere Ende der Lanze mit mindestens dem Dreifachen des Außendurchmessers des unteren Endes der Lanze über der ruhigen Oberfläche des Schmelzbades befindet, wobei der Oberflächenstrom des Gases im Schmelzbad mindestens 0,04 Nm³/s/m² der ruhigen Oberfläche des Schmelzbades beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Konzentration des geschmolzenen Materials im freien Raum um das untere Ende der Lanze 5% oder weniger beträgt, und zwar auf das Volumen des Raums bezogen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei freie Raum um das untere Ende der Lanze ein halbkugelförmiges Volumen ist, das einen Durchmesser aufweist, der mindestens das Zweifache des Außendurchmessers des unteren Endes der Lanze beträgt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Durchmesser des freien Raums um das untere Ende der Lanze nicht mehr als das Vierfache des Außendurchmessers des unteren Endes der Lanze beträgt hen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens 50 Vol.-% des Sauerstoffs in der vorgewärmten Luft im freien Raum um das untere Ende der Lanze verbrannt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das das Einblasen von vorgewärmter Luft in einer Wirbelbewegung in das Gefäß einschließt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Oberflächenströmungsrate des Gases mindestens 0,2 Nm³/s/m² der ruhigen Oberfläche des Schmelzbades beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Oberflächenströmungsrate des Gases weniger als 2 Nm³/s/m² der ruhigen Oberfläche des Schmelzbades beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das das Erzeugen des Gasstroms aus dem Schmelzbad durch Einblasen von eisenhaltigem Material und festem kohlehaltigem Material in das Schmelzbad einschließt.
Verfahren nach Anspruch 9, das das Erzeugen des Gasstroms aus dem Schmelzbad durch Einblasen von eisenhaltigem Material und festem kohlehaltigem Material einschließt, so daß sie in einen unteren Bereich des Schmelzbades eindringen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das das Einblasen von eisenhaltigem Material und festem kohlehaltigem Ma terial in das Schmelzbad durch Lanzen/Düsen einschließt, die sich nach unten in das Schmelzbad erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 11, das das Einblasen von eisenhaltigem Material und festem kohlehaltigem Material in das Schmelzbad durch Lanzen/Düsen einschließt, die sich durch Seitenwände des Gefäßes erstrecken und im Inneren des Schmelzbades einwärts und nach unten in einem Winkel ausgerichtet sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das die Nachverbrennungsreaktion von aus dem erhöhten Bad freigesetzten oder in diesem enthaltenen Gasen bis zu einem Wert von mindestens 40% einschließt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das das Halten der Schlacke in einem stark reduzierenden Zustand einschließt, was zu FeO-Werten in der Schlacke von weniger als 6 Gew.-% führt.