DE69702347T2

DE69702347T2 - Verfahren zur reduktion und zum schmelzen von metall

Info

Publication number: DE69702347T2
Application number: DE69702347T
Authority: DE
Inventors: Johannes Fourie
Original assignee: Ipcor NV
Current assignee: Alloystream Holdings Pty Ltd Preto Za
Priority date: 1996-07-25
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 2001-02-15
Anticipated expiration: 2017-07-23
Also published as: EP0914474B1; CZ24199A3; AU717807B2; ID17465A; CN1067108C; BG62940B1; BR9710584A; CZ293080B6; TR199900777T2; SK10299A3; DE69702347D1; ES2150266T3; CN1231000A; RU2210601C2; SK284053B6; WO1998004749A1; CA2261140C; ATE194016T1; AU3466597A; GR3034389T3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren und zum Schmelzen von Metall, wie z. B. ein Stahlherstellungsverfahren, bei welchem ein metall- und kohlenstoffhaltiges Beschickungsgut in einem Induktionsofen des Kanaltyps erhitzt wird, um eine Reduktion und ein Schmelzen des metallhaltigen Teils des Beschickungsgutes zu bewirken, sowie eine Vorrichtung zum Ausführen eines derartigen Vorheizens.[0001]

STAND DER TECHNIK

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art, d. h. bei US-Patent Nr. 5,411,570, bei dem der metallhaltige Bestandteil des Materials, das in den Ofen eingeführt wird, ein Metallerz, oder ein teilweise reduziertes Metallerz (wie z. B. Schwammeisen im Fall eines eisenhaltigen Beschickungsgutes) und der kohlenstoffhaltige Bestandteil Kohle enthalten, wird das Material im wesentlichen senkrecht durch ein oder mehrere Zuführlöcher in den Ofen eingeführt; diese sind entlang der Seite des Ofens so angeordnet, dass das Beschickungsgut im Ofen ein kontinuierliches sich längs erstreckendes Haufwerk entlang jeder Seite des Ofens bildet, das auf der Schmelze des Metalls im Ofen schwimmt.[0002]
Bei dieser Anordnung werden die entstehenden gasförmigen Produkte, hauptsächlich CO, und flüchtige Bestandteile, die der Kohle zugeordnet sind, in einem Hohlraum verbrannt, der sich im Ofen oberhalb des flüssigen Beschickungsgutes befindet, und zwar durch deren Verbrennen mit Sauerstoff, der in einen derartigen Bereich von außerhalb des Ofens eingeführt wird.[0003]
Es wird ebenfalls gesagt, dass Gase aus derartigen Verbrennungen, welche typischerweise bei einer Temperatur in der Größe von 1600ºC stattfinden, im Ofen für die Erhitzung des Beschickungsgutes benutzt werden können oder, wenn das in den Ofen eingegebene Material Stahlschrott oder kaltes Eisen enthält, kann das abgegebene, Kohlenmonoxid enthaltende Gas durch die gleiche Öffnung des Ofens abströmen, durch die die Materialien in den Ofen eingegeben werden, um auch derartigen Stahlschrott oder kaltes Eisen vorzuheizen, und zwar durch direktes Inkontaktbringen derartiger Gase mit diesem Material.[0004]
Bei einem anderen einschlägigen Verfahren nach US-PS 1,819,238 formen das Erz, das kohlenstoffhaltige Material und die Flußmittel, die in den induktionsbeheizten Ofen durch einen Beschickungsgut- Einlass in einem Ende des Ofens eingegeben werden, einen Stab an diesem Ende, und es wird graduell verteilt und geschmolzen. Die Gase, die dabei gebildet werden, werden durch die Beschickungsgutöffnung ausgegeben und so verbrannt, dass ein direkter Kontakt zwischen den Gasen und den Beschickungsmaterialien sichergestellt ist.[0005]
In einem weiteren bekannten Verfahren, das heißt, demjenigen, des GB-Patentes 1 572 248, bei dem die Schmelzeinheit ein Plasma-Ofen oder ein Lichtbogen-Ofen sein kann, werden die Gase, die bei dem finalen Reduktionsverfahren gebildet werden, ebenfalls durch die Beschickungsgutöffnungen hindurchgeleitet, und zwar unter Ermöglichung eines direkten Kontaktes zwischen dem Gas und den Materialien des Beschickungsgutes.[0006]
Das gleiche gilt für das Verfahren, das in dem französischen Patent 1,205,446 offenbart ist, bei dem die Schmelzeinheit ein Ofen des Kanaltyps sein kann, mit einem einzelnen oder mit mehreren Behältern. Die Hauptreduktionsreaktion nach dieser Erfindung umfasst diejenige zwischen dem Kohlenstoff, der im Metall gelöst ist, und dem Eisenoxid, das in der Schlacke gelöst ist. Es wird gesagt, dass das so gebildete Gas im Gegenstrom in Kontakt mit dem Material des Beschickungsgut gebracht wird, um Vorerhitzung und Vorreduktion zu bewirken.[0007]

ZIEL DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Reduktion und zum Schmelzen von Metall anzugeben, bei dem derartige Verbrennungsgase besser verwendet werden.[0008]

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß enthält ein Metallreduktions- und Schmelzverfahren das Erwärmen des Beschickungsgutes, das einen metallhaltigen Bestandteil und einen kohlenstoffhaltigen Bestandteil aufweist, in einem Induktionsofen vom Kanaltyp, um diesen metallhaltigen Bestandteil zu reduzieren, und es enthält den Verfahrensschritt des Verwendens zumindest eines Teils der gasförmigen Produkte des Verfahrens zum Vorheizen der Beschickung, das heißt, vor der Eingabe in den Ofen.[0009]
Es ist dabei zu bemerken, dass, falls als Resultat eines derartigen Vorheizens die Temperatur des Beschickungsgutes über einen vorbestimmten Wert hinaus erhöht wird, die Reduktion des metallhaltigen Bestandteils der Beschickung beginnt, bevor das Beschickungsgut in den Ofen eintritt.[0010]
Dadurch werden zumindest einige gasförmige Reduktionsprodukte im Beschickungsgut vor dessen Einführung in den Ofen gebildet.[0011]
Die bestimmte Temperatur, bei der diese Reduktion des Beschickungsgutes vor seinem Eintritt in den Ofen beginnt, wird selbstverständlich durch die Eigenschaften des speziellen metallhaltigen Bestandteils des Beschickungsgutes festgelegt.[0012]
Des weiteren werden als ein Ergebnis eines derartigen Vorheizens des Beschickungsgutes zumindest einige der flüchtigen, im kohlenstoffhaltigen Material des Beschickungsgutes enthaltenen Be standteile ebenfalls in das Beschickungsgut vor seinem Eintritt in den Ofen freigegeben.[0013]
Die oben genannten gasförmigen Produkte, welche in den Ofen eintreten, können demgemäß die oben genannten flüchtigen Bestandteile zusammen mit CO und CO&sub2; enthalten, die bei diesem Reduktionsprozess ausgebildet werden.[0014]
Es ist anzumerken, dass derartiges Vorheizen des Beschickungsgutes bei dem gesamten Verfahren nicht nur eine verringerte Energieaufwendung verursacht, sondern auch einen erhöhten Ofen-Durchsatz.[0015]
Des weiteren wird nach der Erfindung zumindest ein Teil der oben genannten gasförmigen Produkte mit Luft und/oder Sauerstoff im Ofen verbrannt, und die so erzeugten Verbrennungsgase werden für das Vorheizen des Beschickungsgutes eingesetzt.[0016]
Des weiteren wird nach der Erfindung das Beschickungsgut in den Ofen in eine langgestreckte Kammer eingegeben, welche mit einem oder mehreren Durchlässen versehen ist, die sich um oder durch die Kammer hindurch erstrecken, durch welche Durchlässe diese Verbrennungsgase hindurchtreten können, um das Beschickungsgut in der Kammer vorzuheizen.[0017]
Die Kammer und der Durchlass bzw. die Durchlässe sind relativ zueinander abgedichtet, so dass keine gasförmigen Produkte zwischen ihnen übertreten können.[0018]
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ein derartiger Durchlass eine ringförmige Hülse aufweisen, die sich in Längsrichtung um die Kammer erstreckt.[0019]
Des weiteren kann sich nach der Erfindung das eine oder Bodenende dieser Kammer in einer solchen Länge in den Ofen hinein er strecken, dass es das auf der Schmelze schwimmende Haufwerk des Beschickungsgutes erfasst.[0020]
Auf diese Weise wird das Beschickungsgut in der Kammer daran gehindert, durch ein derartiges Ende frei in den Ofen zu fallen.[0021]
Bei einer Form der Erfindung kann ein Überdruck in dieser Kammer aufrechterhalten werden, um sicherzustellen, dass der größte Teil der in der Kammer gebildeten gasförmigen Produkte in den Ofen einströmen.[0022]
Ein derartiger Druck kann z. B. aufgebracht werden, durch Einbringung der Beschickung in die Kammer mittels eines geeigneten Verschlusssystems.[0023]
Zusätzlich oder alternativ kann ein derartiger Überdruck aufrechterhalten werden durch Einführen eines druckbeaufschlagten Inertgases, wie z. B. Stickstoff, und zwar in das Beschickungsgut, bevor es in die Kammer gelangt.[0024]
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann zumindest ein Teil der oben genannten gasförmigen Produkten, die in dem Beschickungsgut vor seiner Einführung in den Ofen gebildet worden sind, von dem Beschickungsgut abgezogen werden, und zwar bevor das Beschickungsgut in den Ofen eintritt.[0025]
Daher können z. B. zumindest einige der oxidierenden Gase, wie z. B. CO&sub2; und H&sub2;O-Dampf, die in dem Beschickungsgut gebildet worden sind, auf diese Weise aus dem Beschickungsgut entfernt werden.[0026]
Der Grund für die Entfernung solcher oxidierender Gase liegt darin, dass, falls die Temperatur in dem Beschickungsgut einen vorbestimmten Wert erreicht, derartige oxidierende Gase mit den metall- und den kohlenstoffhaltigen Bestandteil des Beschickungsgutes rea gieren und aufgrund dessen zu einem Verbrauch des kohlenstoffhaltigen Bestandteils führen.[0027]
Des weiteren können nach der Erfindung derartige oxidierende Gase von dem Beschickungsgut mit einer langgestreckten, offenendigen Leitung abgezogen werden, welche sich längs durch die langgestreckte Kammer derart erstreckt, dass ein oder ihr Bodenende in Richtung des Bodenendes der Kammer gerichtet ist, und dass ihr anderes oder oberes Ende mit einem geeigneten Gasabzugssystem kommuniziert, wobei die Leitung über ihre Länge zumindest einen Gasauslass enthält, der in einer vorbestimmten Höhe in der Kammer angeordnet ist.[0028]
Im Betrieb wird die Leitung demgemäß von dem Beschickungsgut umgeben, und ihr Gasauslass ist in einer vorbestimmten Höhe des Beschickungsgutes angeordnet.[0029]
Des weiteren ist nach der Erfindung dieser Gasauslass der Leitung in der Kammer in einer Höhe positioniert, bei der das Beschickungsgut eine Temperatur aufweist, die unmittelbar unter der liegt, bei der die oxidierenden Gase die Reaktion mit den metall- und kohlenstoffhaltigen Bestandteilen des Beschickungsgutes beginnen.[0030]
Eine derartige bevorzugte Höhe kann z. B. durch Versuche festgelegt werden, beispielsweise durch Analysieren des über die Leitung abgezogenen Gases.[0031]
Zusätzlich oder alternativ kann die Temperatur beim Gasauslass der Leitung gemessen werden, z. B. mittels eines Thermoelementes oder ähnlichem.[0032]
Im Betrieb wird, sobald die bevorzugte Höhe dieses Gasauslasses in der Leitung festgelegt worden ist, dessen Position fest verbleiben und die Temperatur des Beschickungsgutes an dieser Stelle wird durch z. B. Steuern der Rate, mit welcher die oxidierenden Gase über die Leitung entfernt werden und/oder der Rate des Vorheizens, und/oder der Rate, mit welcher die Beschickung durch die Kammer hindurchgeführt wird, gesteuert.[0033]
In dem Fall, in dem der metallhaltige Bestandteil Eisen enthält und der kohlenstoffhaltige Bestandteil Kohle, wird die oben genannte Temperatur in etwa 600ºC betragen.[0034]
Die oxidierenden Gase, die so entfernt worden sind, können z. B. woanders verwandt werden, oder sie können durch diesen Durchlass bzw. diese Durchlässe hindurchgeleitet und zum Vorheizen des Beschickungsgutes verwendet werden.[0035]
Des weiteren wird nach der Erfindung vorerwärmter Sauerstoff und/oder Luft in die Leitung in Richtung auf dieses Bodenende eingeleitet, um jegliches CO, das in diesem Teil des Beschickungsgutes vorhanden ist, in CO&sub2; zu verbrennen, welches dann durch diesen Gasauslass abgegeben wird.[0036]
Um sicherzustellen, dass im wesentlichen das gesamte CO in CO&sub2; umgewandelt ist, bevor das Gas den Gasauslass erreicht, wird die Wandung der Kammer unmittelbar unterhalb dieses Gasauslasses auf einer gegenüber dem Rest der Kammer niedrigeren Temperatur gehalten.[0037]
Eine derartige tiefere Temperatur kann erhalten werden durch eine geeignete Wärmeisolation und/oder durch Verzögern der Rate, mit der sich das Beschickungsgut in der Kammer hinter diesem Teil der Leitungswandung bewegt. Letzteres könnte z. B. bewirkt werden durch Erhöhung der Querschnittsbreite der Kammer in diesen Bereichen.[0038]
Weiter wird nach der Erfindung zumindest etwas des durch die kohlenstoffhaltigen Bestandteile des Beschickungsgutes bedingten flüchtigen Bestandteils von diesem oberen Ende der Leitung in Richtung auf dieses Bodenende zirkuliert, wo es zusammen mit CO mittels Sauerstoff und/oder vorerwärmter Luft verbrannt werden kann.[0039]
Es ist zu erkennen, dass die durch derartige Konversion und Verbrennung zugeführte Wärme das Vorerhitzen des Beschickungsgutes unterstützt.[0040]
Diese Zirkulation des flüchtigen Bestandteils kann mit einem langgestreckten, offenendigen Rohres erreicht werden, von dem ein Ende bei einer vorbestimmten Höhe in Richtung auf dieses obere Ende von der Leitung vorgesehen ist und bei dem das andere Ende in Richtung auf dieses Bodenende der Leitung angeordnet ist.[0041]
Erfindungsgemäss kann weiterhin der kohlenstoffhaltige Bestandteil des Beschickungsgutes in die Kammer auf die Art und Weise eingegeben werden, dass sie in Richtung auf die äußere Wandung der Kammer verteilt wird, während der metallhaltige Bestandteil des Beschickungsgutes in Richtung auf die äußere Wandung dieser Leitung verteilt wird.[0042]
Auf diese Weise ist der kohlenstoffhaltige Bestandteil (der den für die endotherme Boudouardreaktion benötigten Kohlenstoff zur Verfügung stellt, welche umgekehrt benötigt wird, um Kohlendioxid in Kohlenmonoxid zu verwandeln, welches letzlich notwendig ist für die Reduktion des Metalls in den metallhaltigen Bestandteil des Beschickungsgutes) näher an der Vorheizquelle als der metallhaltige Bestandteil, welcher bei einigen Fällen exotherm mit Kohlenmonoxid reagiert.[0043]
Desweiteren enthält nach der Erfindung der eisenhaltige Bestandteil der Beschickung ein Eisenerz und der kohlenstoffhaltige Bestandteil Kohle.[0044]
Die Erfindung wird nun weiter beschrieben anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:[0045]

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:

[0046]
Fig. 1 eine diagrammartige Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Ofens ist, der mit einem Vorheizungsapparat nach der Erfindung versehen ist; und
Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht einer anderen Ausführungsform dieser Vorrichtung ist, wobei Teile weggebrochen sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN DER ERFINDUNG

[0047] Bei beiden Ausführungsbeispielen der Erfindung ist eine Vorheizanordnung 10 für das Beschickungsgut nach der Erfindung dargestellt, und zwar unter Verwendung eines Induktionsofens 11 des Kanaltyps.
[0048] Der Ofen 11 enthält einen langgestreckten röhrenförmigen Behälter 12 mit einer kreisförmigen Konfiguration im Querschnitt, und er enthält zumindest zwei parallel voneinander beabstandete Reihen von Zuführlöchern für das Beschickungsgut, welche sich durch die Wandung des Behälters 12 entlang einander entgegengesetzten Seiten davon erstrecken und von denen lediglich eine, 13, detailliert in den Zeichnungen gezeigt ist.
[0049] Der Behälter 12 wird von unten mittels zwei parallel von einander beabstandeten Reihen von elektrischen Induktionsheizeinrichtungen 14 beheizt.
[0050] Wenn der Behälter 12 in einem Stahlherstellungsverfahren verwendet wird, wird er mit einer Menge von geschmolzenem Stahl befüllt, um ein Bad 16 zu bilden, und es wird ein Beschickungsgut 15 mit einer Mischung aus Kohle und Eisenerz in dem Behälter 12 durch Zuführungslöcher 13 eingegeben, um auf dem Bad des geschmolzenen Stahls 16 in Form von zwei voneinander beabstandeten Haufwerke 17 zu schwimmen, die sich entlang einer Längs-Seite des Behälters 12 erstrecken und wobei oberhalb dieser im Behälter 12 ein Hohlraum 18 gebildet ist.
[0051] Der Behälter 12 ist des weiteren mit einer Vielzahl von Sauerstoffbrennern (oxygen burners) 19 versehen und mit zumindest einer Öffnung (nicht dargestellt) zum Entfernen des reduzierten und geschmolzenen Stahls aus dem Behälter 12.
[0052] In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel enthält die Anordnung 10 eine langgestreckte Kammer 20, von der sich ein Ende durch das Zuführloch 13 in das Innere des Ofens 11 bis zu einer derartigen Tiefe hinein erstreckt, dass es das obere Ende des Haufwerks bzw. des Materials des Beschickungsgutes 17 ergreift.
[0053] Das Beschickungsgut 15 wird in die Kammer 20 über einen Zuführbunker 21 für das Beschickungsgut und einer Reihe von Verriegelungssystemen 22 zugeführt.
[0054] Die Kammer 20 ist von einem langgestreckten, ringförmigen Kanal in Form eines Durchlasses 23 umgeben, der einen Bodeneinlass 24 aufweist, welcher mit einer Düse 25 versehen ist, welche wiederum durch die Wandung des Behälters 12 hindurchreicht, um mit dem Bereich 18 des Ofens 11 zu kommunizieren.
[0055] Der Durchlass 23 enthält des weiteren einen oberen Auslass 26, der über eine Röhre 27 mit dem Kanal 28 des Gasauslasssystems (nicht dargestellt) verbunden ist.
[0056] Kammer 20 und Durchlass 23 sind in geeigneter Weise gegeneinander abgedichtet, um ein Übertreten jeglichen Gases von dem einen zu dem anderen zu verhindern.
[0057] Im Betrieb wird der Behälter 12 mit einer Zufuhr von geschmolzenem Stahl 16 befüllt, und es werden die Induktionsheizeinrichtungen eingeschaltet. Ein Beschickungsgut 15, bestehend aus einer Mischung von Kohle und Eisenerz, wird von dem Bunker 21 über die Verriegelungssysteme 22 zugeführt und dann weiter über Zuführungslöcher 13 in den Behälter 12, um Haufwerke 17 zu bilden, welche auf dem oberen Bereich des flüssigen Metallbads 16 schwimmen. Das obere Ende eines Haufwerks 17 wird vom Bodenende der Kammer 20 derart ergriffen, dass das Beschickungsgut an der Spitze der Haufenwerke das offene Ende von der Kammer 20 ergreifen, was ein Herunterfallen des Beschickungsgutes 15 vom oberen Ende der Kammer 20 verhindern kann.
[0058] Verriegelungssysteme 22 stellen sicher, dass ein Überdruck in der Kammer so aufrechterhalten wird, dass im wesentlichen kein Gas von der kalten oberen Oberfläche des Beschickungsgutes 15 in die Kammer 20 entweichen kann.
[0059] Die Gase, hauptsächlich CO, CO&sub2; und flüchtige Bestandteile, die aus der Erhitzung und der folgenden Reduktion des Eisens enthaltenden Bestandteils des Beschickungsgutes 15 stammen, werden im Hohlraum 18 mit Sauerstoff verbrannt, der mit den Brennern 19 zugeführt wird.
[0060] Die entstehenden Verbrennungsprodukte werden von dem Bereich 18 über die Düse 20 und dem Einlass 24 dem Durchlass 23 zugeführt, wo sie zum Vorheizen des Beschickungsgutes 15 dienen, das in der Bohrung der Kammer 20 angeordnet ist.
[0061] Als ein Ergebnis einer derartigen Vorerhitzung des Beschickungsgutes 15 ist der Durchsatz des Ofens 11 signifikant erhöht.
[0062] Die abgegebenen Verbrennungsgase, die durch den Durchlass 23 über den Auslass 26 und die Röhre 27 zu der Leitung 28 hindurchtreten, können anderswo im Prozess verwendet werden, um ihre chemischen und/oder thermischen Möglichkeiten auszunutzen.
[0063] Gleichzeitig können die der Kohle zugeordneten flüchtigen Bestandteile, die in der Kammer 20 vorliegen, als Ergebnis einer derartigen Vorerhitzung des Beschickungsgutes 14 zu Kohle, CO und H&sub2; gecrackt werden, die dann direkt bei der Reduktion des Beschickungs gutes 15 in der Röhre 20 mitwirken können. Als ein Ergebnis davon kann der Kohle- und Sauerstoffverbrauch je Tonne des Produktes des Verfahrens ebenfalls signifikant reduziert werden.
[0064] In dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, in dem Teile, die denen der Fig. 1 entsprechen, mit der gleichen Zahl versehen sind, wird ein Beschickungsgut 15 von einem Zuführbunker 21 zu dem oberen Ende einer langgestreckten Kammer 29 zugeführt, deren Bodenende mit einem Einlass 13 in dem Behälter 12 des Ofens 11 kommuniziert.
[0065] Die Kammer 29 ist ringförmig umgeben von einem langgestreckten Durchlass 30, dessen Bodenende einen Auslass 24 aufweist, der über eine Düse 25 mit einem Bereich 18 des Behälter 12 kommuniziert.
[0066] Das obere Ende des Durchlasses 30 weist einen Auslass 26 auf, welcher über eine Röhre 27 mit einer Leitung 28 eines Gasauslasssystems (nicht dargestellt) kommuniziert.
[0067] Der Auslass des Zuführbunkers 21 ist mit einer Gaseinlassröhre 30.1 versehen, mit der ein Inertgas, wie z. B. Stickstoff, in das Beschickungsgut 15 und auch in die Kammer 29 eingebracht werden kann, um letztere unter einen Überdruck zu halten.
[0068] Die Kammer 29 ist mit einer langgestreckten offenendigen Leitung 31 versehen, deren oberes Ende 32 über eine Röhre 33 und eine Röhre 27 mit der Leitung 28 kommuniziert.
[0069] Das untere Ende 34 der Leitung 31 erstreckt sich in eine vorbestimmte Tiefe hinein in die Kammer 29. Weitere Einzelheiten werden später beschrieben.
[0070] Wenn das Beschickungsgut 15 durch die Kammer 29 in den Behälter 12 eingegeben wird, umgibt das Beschickungsgut in der Kammer 29 die Leitung 31 ringförmig und greift in ihr offenes Bodenende 34 ein.
[0071] Die Leitung 31 ist in Richtung auf die Mitte ihrer Länge mit einer Reihe von Öffnungen 35 versehen, die eine derartige Größe aufweisen, dass Gas, nicht aber festes Material des Beschickungsgutes 15, durch sie hindurchtreten kann.
[0072] Die Leitung 31 ist ebenfalls mit einem langgestreckten offenendigen Rohr 36 versehen, dessen oberes Ende 37 in Richtung auf das obere Ende 32 der Leitung 31 angeordnet ist, und dessen unteres Ende 38 in Richtung auf das untere Ende 34 der Leitung 31 gerichtet ist.
[0073] Die Leitung 31 ist ebenfalls an ihrem oberen Ende 34 mit einem Einlass 39 eines vorgeheizten Sauerstoff-/Luftbrenners (nicht dargestellt) versehen.
[0074] Die Leitung 31 ist in der Kammer 29 so angeordnet, dass ihre Öffnungen 35 in dem Teil des Beschickungsgutes 15 angebracht sind, in dem seine Temperatur in etwa 600ºC beträgt. Die Länge dieser Leitung 31 ist des weiteren so, dass ihr oberes Ende 32 in dem Teil des Beschickungsgutes 15 vorgesehen ist, in dem ihre Temperatur im Bereich von 200ºC liegt, und ihr unteres Ende 34 in dem Teil des Beschickungsgutes angeordnet ist, in dem ihre Temperatur höher als 800ºC beträgt.
[0075] Der Ofen 12 wird in der gleichen Art und Weise betrieben, wie oben mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 beschrieben.
[0076] Während einer derartigen Operation bewirkt das Vorheizen des unteren Endes der Kammer durch den Durchlass 30 auf eine Temperatur in der Nähe von 850ºC die Boudouard-Reaktion in diesem Teil des Beschickungsgutes,
d. h. C + CO&sub2; → 2CO.
[0077] Ein Teil dieses CO wird mit dem Eisenbestandteil des Beschickungsgutes 15 reagieren, um CO&sub2; zu bilden, was eine Teilreduktion des Eisenbestandteils bewirkt,
d. h. 3Fe&sub2;O&sub3; + CO → 2Fe&sub3;O&sub4; + CO&sub2;.
[0078] Das gebildete CO&sub2; fliesst in dem Beschickungsgut 15 nach oben, bis es die Öffnungen 35 der Leitung 31 erreicht, durch welche es dann über die Bohrung der Leitung 31 und den Röhren 33 und 27 zur Leitung 28 des Gasauslasssystems (nicht dargestellt) gelangt.
[0079] Ein anderer Teil des CO fliesst nach oben in die Bohrung der Leitung 31, wo es mittels der Sauerstoff-/Vorheizluftbrenner 39 zu CO&sub2; verbrannt wird
d. h. 2CO + O&sub2; → CO&sub2;,
welches CO&sub2; dann mit dem CO&sub2; aus den Öffnungen 35 über die Röhren 33 und 27 zur Leitung 28 fliesst.
[0080] Gleichzeitig wird jegliches im oberen Teil der Kammer 29 vorhandene flüchtige Material und Wasserdampf, vom oberen Ende 37 der Röhre 36 durch ihr Bodenende 38 in die Bohrung der Leitung 31 fließen, wo die flüchtigen Bestandteile mit dem Sauerstoff/Vorheizluftbrenner 39 verbrannt werden.
[0081] Es ist zu bemerken, dass die bei der Umwandlung von CO zu CO&sub2; entwickelte Wärme und die Verbrennung der flüchtigen Bestandteile das Aufheizen des Beschickungsgutes 15 in der Kammer 29 unterstützen.
[0082] Es ist weiter zu bemerken, dass durch Anordnen der Leitung 31 in dieser Position in der Kammer 29, wo ihre Öffnungen 35 in einer Position angeordnet sind, bei der die Temperatur des Beschickungsgutes 15 im Bereich von 600ºC liegt, dieses CO&sub2; aus der Beschickung 15 entfernt wird, bevor es mit den metall- und/ oder kohlenstoffhaltigen Bestandteil des Beschickungsgutes 15 reagieren kann.
[0083] Um des weiteren den Ablauf einer derartigen Reaktion zu verhindern, können diese Teile der Wandung der Leitung 31, die unmittelbar unterhalb der Öffnungen 35 angeordnet sind, auf einer niedrigeren Temperatur bezogen auf den Rest der Wandung gehalten werden. Dies kann z. B. geschehen durch eine geeignete Wärmeisolation der Wandung und/oder durch Reduzieren der Zugaberate des Beschickungsgutes durch die Kammer 29 in diesem Bereich. Der letztere Schritt kann z. B. bewirkt werden durch Erhöhen der Querschnittsweite der Kammer 29 in diesem Bereich.
[0084] Weiter ist zu bemerken, dass die Temperatur des Beschickungsgutes am unteren Ende 34 der Leitung 31 gesteuert werden kann durch Steuern irgendeiner oder mehrerer folgender Teile: (1) die Rate, mit der das Beschickungsgut 15 in die Kammer 29 eingegeben wird; (2) die Eigenart der Verbrennung in der Leitung 31, und (3) die Rate, mit welcher die Verbrennungsgase durch den Durchlass 30 hindurchgeleitet werden.
[0085] Es ist des weiteren zu bemerken, dass, falls erforderlich, zumindest ein Teil des in dem Behälter 12 während der Reduktion des Beschickungsgutes 15 ausgebildeten Gases über einen Einlass 13 in die Kammer 29 wieder zurückgesaugt werden kann, um bei der Reduktion und/oder Vorheizung des Beschickungsgutes 15 verwandt zu werden. Das geschmolzene Metallprodukt im Ofen 12 kann in der üblichen Art und Weise weiter bearbeitet und gesammelt werden.
[0086] Es ist zu bemerken, dass die Erfindung in ihrem Umfang auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung enthält, und zwar im wesentlichen wie hierin beschrieben. Es ist weiter zu bemerken, dass zweifellos im einzelnen viele Variationen mit einem erfindungsgemässen Verfahren und einer Vorrichtung möglich sind, ohne den Schutzumfang der Patentansprüche zu verlassen.
[0087] So kann z. B. das Beschickungsgut 15 in der Kammer 29 so eingegeben werden, dass ihr kohlenstoffhaltiger Bestandteil in Richtung auf die Wandung der Kammer 29 und ihr metallhaltiger Bestandteil in Richtung auf die äußere Wandung der Leitung 31 verteilt werden, aus den oben angegebenen Gründen.

Claims

1. Metallreduktions- und Schmelzverfahren mit dem Erwärmen einer Beschickungsgutes (15), die einen metallhaltigen Bestandteil und einen kohlenstoffhaltigen Bestandteil aufweist, in einem Induktionsofen (11) vom Kanaltyp, um den metallhaltigen Bestandteil zu reduzieren, und bei dem wenigstens ein Teil der in dem Ofen erzeugten gasigen Produkte eines derartigen Verfahrens zum Vorwärmen der Beschickung (15) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschickung (15) dem Ofen (11) in wenigstens einer Kammer (20, 29) zugeführt wird, welche mit einem oder mehreren Durchlässen (23, 30) versehen ist, die sich um oder durch die Kammer (20, 29) erstrecken, wobei die gasigen Produkte durch den Durchlass oder die Durchlässe (23, 30) strömen, um die Beschickung (15) in der Kammer (20, 29) vorzuwärmen, wobei die oder jede Kammer (20, 29) und der oder jeder Durchlass (23, 30) gegeneinander abgedichtet sind, so dass keine gasigen Produkte zwischen diesen strömen können.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der gasigen Produkte Gase beinhaltet, die durch Verbrennen der aus dem Verfahren resultierenden Gase mit Luft und/oder Sauerstoff im Ofen (11) erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Durchlass (23, 30) eine ringförmige Hülse aufweist, die sich in Längsrichtung um die oder jede Kammer (20, 29) erstreckt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren derart durchgeführt wird, dass wenigstens ein Haufen (17) Beschickungsmaterial (15) gebildet wird, der auf einem Bad (16) aus geschmolzenem Metall in dem Ofen (11) schwimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder Bodenende der oder jeder Kammer (20, 29) sich über eine derartige Strecke in den Ofen (11) erstreckt, dass es an einem Haufen (17) Beschickungsmaterial (15) im Ofen (11) angreift.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überdruck in der oder jeder Kammer (20, 29) aufrechterhalten wird, so dass der größte Teil der in der oder jeder Kammer (20, 29) gebildeten gasigen Produkte in den Ofen strömt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck erzeugt wird, indem die Beschickung (15) in die Kammer (20) mittels eines Verriegelungssystems (22) eingebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck aufrechterhalten wird, indem vor dem Einbringen der Beschickung in die oder jede Kammer (20, 29) ein druck-beaufschlagtes Inertgas, beispielsweise Stickstoff, der Beschickung (15) zugeleitet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige der in der Beschickung (15) in der oder jeder Kammer (29) vor dem Einbringen der Beschickung (15) in den Ofen (11) erzeugten gasigen Produkte vor dem Eintritt der Beschickung (15) in den Ofen (11) von der Beschickung (15) entfernt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der oxidierenden Gase, beispielsweise CO&sub2; und H&sub2;O- Dampf, die in der Beschickungsgut (15) gebildet werden, auf diese Weise von der Beschickung (15) entfernt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Beschickung erzeugten gasigen Produkte von der Beschickung (15) durch Verwenden einer langgestreckten offenendigen Leitung (31) entfernt werden, die sich in Längsrichtung durch die Kammer (29) erstreckt, so dass das eine oder untere Ende (34) der Leitung (31) dem Bodenende der Kammer (29) zugewandt ist und das andere oder obere Ende (32) der Leitung (31) mit einem geeigneten Gasauslasssystem (33, 27, 28) verbunden ist, wobei die Leitung (31) über ihre Länge wenigstens eine Gasöffnung (35) aufweist, die auf einer vorbestimmten Höhe in der Kammer (29) angeordnet ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasöffnung (35) in der Leitung (31) auf einer Höhe in der Kammer (29) angeordnet ist, an der die Beschickung (15) eine Temperatur aufweist, die unmittelbar unter der Temperatur liegt, bei welcher die oxidierenden Gase in der Beschickung (15) die Reaktion mit den metall- und den kohlenstoffhaltigen Bestandteilen der Beschickung (15) beginnen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die bevorzugte Höhe der Gasöffnung (35) in der Leitung (31) durch Analysieren des aus der Leitung (31) entnommenen Gases auf seinen CO- und CO&sub2;-Gehalt bestimmt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Gasöffnung (35) in der Leitung (31) mittels eines Thermoelements oder dergleichen gemessen wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass, sobald die bevorzugte Höhe der Gasöffnung (35) der Leitung (31) bestimmt ist, deren Position fest bleibt, und die Temperatur der Beschickung (15) an dieser Stelle durch Regeln wenigstens einer der folgenden Größen geregelt wird; die Rate, mit der die oxidierenden Gase aus der Leitung (31) entfernt werden; die Rate des Vorwärmens; und die Rate, mit der die Beschickung (15) durch die Kammer (29) geleitet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die derart entfernten gasigen Produkte an anderer Stelle verwendet oder dem zum Vorwärmen der Beschickung (15) dienenden Durchlass bzw. den Durchlässen zugeleitet werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass vorgewärmter Sauerstoff und/oder Luft in die Leitung (31) in Richtung des unteren Endes (34) derselben geleitet werden, um jegliches vorhandenes CO zu CO&sub2; zu verbrennen.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand der Kammer (29) unmittelbar unterhalb der Gasöffnung (35) auf einer gegenüber dem Rest der Kammer niedrigeren Temperatur gehalten wird, so dass im wesentlichen sämtliches CO in CO&sub2; umgewandelt wird, bevor das Gas die Gasöffnung (35) erreicht.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die niedrigere Temperatur durch geeignete Wärmeisolierung der Kammer (29) und/oder durch Verzögerung der Rate, mit der die Beschickung (15) in der Kammer (29) sich an einem derartigen Teil der Kammerwand entlang bewegt, erreicht wird, indem beispielsweise die Querschnittsbreite der Kammer in diesem Bereich vergrößert wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der mit dem kohlenstoffhaltigen Bestandteil der Beschickung (15) einhergehenden flüchtigen Materie von der Beschickung (15) über wenigstens eine Öffnung (35) am anderen Ende (32) der Leitung (31) und weiter zum anderen Ende (34) der Leitung (31) geleitet wird, wo er zusammen mit jeg lichem vorhandenem CO mittels (39) Sauerstoff und/oder vorgewärmter Luft verbrannt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zirkulation der flüchtigen Materie durch ein langgestrecktes offenendiges Rohr (36) bewirkt wird, dessen eines Ende (37) auf einer bestimmten Höhe in Richtung des oberen Endes (32) der Leitung (31) derart angeordnet ist, dass es mit der Beschickung (15) in Verbindung steht, und das andere Ende (38) in Richtung des unteren Endes (34) der Leitung (31) angeordnet ist.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kohlenstoffhaltige Bestandteil der Beschickung (15) der oder jeder Kammer (20, 29) derart zugeführt wird, dass er zur Wand der Kammer (20, 29) hin verteilt wird.

22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eisenhaltige Bestandteil der Beschickung (15) Eisenerz aufweist, und dass der kohlenstoffhaltige Bestandteil Kohle aufweist.

23. Vorrichtung zum Vorwärmen der Beschickung (15) eines Metallreduktions- und Schmelzverfahrens, das das Erwärmen einer Beschickung (15) mit einem metallhaltigen Bestandteil und einem kohlenstoffhaltigen Bestandteil in einem Induktionsofen (11) vom Kanaltyp umfasst, um den metallhaltigen Bestandteil zu reduzieren, und wobei wenigstens ein Teil der in dem Ofen (11) erzeugten gasigen Produkte eines derartigen Verfahrens zum Vorwärmen der Beschickung (15) verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens eine Kammer (20, 29), durch welche die Beschickung (15) dem Ofen (11) zugeführt wird, und einen oder mehrere Durchlässe (23, 30) aufweist, die sich um oder durch die Kammer (20, 29) erstrecken, wobei die während des Verfahrens im Ofen erzeugten gasigen Produkte durch den Durchlass oder die Durchlässe (23, 30) strömen, um die Beschickung (15) in der oder jeder Kammer (20, 29) vorzuwärmen, wobei die oder jede Kammer (20, 29) und der oder jeder Durchlass (23, 30) gegeneinander abgedichtet sind, so dass keine gasigen Produkte zwischen diesen strömen können.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Durchlass (23, 30) eine ringförmige Hülse aufweist, die sich in Längsrichtung um die Kammer (20, 29) erstreckt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende der Kammer (20, 29) sich über eine derartige Strecke in den Ofen (11) erstreckt, dass es an einem Haufen (17) Beschickungsmaterial (15) anliegt, der auf einem Bad (16) aus geschmolzenem Metall in dem Ofen (11) schwimmt.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Kammer (20) ein Verriegelungssystem (22) aufweist, das die Beschickung (15) der Kammer (20) derart zuführt, dass ein Überdruck in der Kammer (20) beibehalten wird, und so dass der größte Teil der in der Kammer (20) gebildeten gasigen Produkte in den Ofen (11) strömen.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Kammer eine Einrichtung (30.1) zum Leiten von druckbeaufschlagtem Inertgas, beispielsweise Stickstoff, zu der Beschickung (15) aufweist, bevor die Beschickung in die Kammer (29) eingebracht wird, um einen Überdruck in der Kammer aufrechtzuerhalten.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Kammer eine langgestreckte offenendige Leitung (31) aufweist, die sich in Längsrichtung durch die Kammer (29) erstreckt, so dass das eine oder untere Ende (34) dem Bodenende der Kammer (29) zugewandt ist und das andere oder obere Ende (32) mit einem geeigneten Gasauslasssystem (33, 27, 28) verbunden ist, wobei die Leitung (31) über ihre Länge wenigstens eine Gasöffnung (35) aufweist, die auf einer vorbestimmten Höhe in der Kammer (29) angeordnet ist und durch welche wenigstens einige der in der Beschickung (15) vordem Einbringen in den Ofen (11) erzeugten gasigen Produkte vor dem Eintritt der Beschickung (15) in den Ofen (11) von der Beschickung (15) entfernt werden.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasöffnung (35) in der Leitung (31) auf einer Höhe in der Kammer (29) angeordnet ist, an der die Beschickung (15) eine Temperatur aufweist, die unmittelbar unter der Temperatur liegt, bei welcher die oxidierenden Gase in der Beschickung die Reaktion mit den metall- und den kohlenstoffhaltigen Bestandteilen der Beschickung (15) beginnen.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Kammer (29) eine Einrichtung (39) aufweist, die Sauerstoff und/oder vorgewärmte Luft in die Leitung (31) in Richtung des unteren Endes (34) derselben leitet, um jegliches vorhandenes CO zu CO&sub2; zu verbrennen.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand der oder jeder Kammer (29) unmittelbar unterhalb der Gasöffnung (35) auf einer gegenüber dem Rest der Kammer (29) niedrigeren Temperatur gehalten wird, so dass im wesentlichen sämtliches CO in CO&sub2; umgewandelt wird, bevor das Gas die Gasöffnung (35) erreicht.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die niedrigere Temperatur durch eine an der Kammerwand vorgesehene geeignete Wärmeisolierung erreicht wird.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Kammer (29) ein langgestrecktes offenendiges Rohr (36) aufweist, dessen eines Ende (37) auf einer bestimmten Höhe in Richtung des oberen Endes (32) der Leitung (31) angeordnet ist, und das andere Ende (38) in Richtung des unteren Endes (34) der Leitung (31) angeordnet ist, wobei das Rohr (36) der Zirkulation wenigstens eines Teils der mit dem kohlenstoffhaltigen Bestandteil der Beschickung (15) einhergehenden flüchtigen Materie dient, wobei die flüchtige Materie von der Beschickung (15) über wenigstens eine Gasöffnung (35) am anderen Ende (32) der Leitung (31) und weiter zum anderen Ende (34) der Leitung (31) in die Leitung (31) strömt, wo sie zusammen mit jeglichem vorhandenem CO mittels (39) Sauerstoff und/oder vorgewärmter Luft verbrannt wird.