DE69803224T2

DE69803224T2 - Anlage zur reduktion von eisenoxiden und schmelzen von eisen

Info

Publication number: DE69803224T2
Application number: DE69803224T
Authority: DE
Inventors: Guido Monteyne
Original assignee: Sidmar SA
Current assignee: Sidmar SA
Priority date: 1997-12-03
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2018-11-21
Also published as: ES2170547T3; US6419724B1; EP1034312A1; PL340798A1; CA2312035A1; JP2001525487A; AU1874999A; CN1280628A; AU747093B2; BR9815151A; CN1083889C; EP1034312B1; DE69803224D1; WO1999028512A1; ATE212068T1

Description

Geaenstand der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Anlage zur Reduktion von Eisenoxiden unter Herstellung einer Roheisen-Flüssigphase, die die Herstellung des Metalls im geschmolzenen Zustand ausgehend von Eisenoxiden wie beispielsweise Erzen oder Recycelmaterialien, und Kohle und/oder Gas ermöglicht. Die Erfindung will bestimmte wirtschaftliche Vorteile erreichen, die nachstehend im Vergleich mit den bekannten Techniken erläutert werden.

Technologischer Hintergrund, der der Erfindung zu Grunde liegt

Die zunehmende elektrische Stahlproduktion hat dazu geführt, dass immer mehr über alternative Wege nachgedacht werden muss, die die Verwendung von Schrott überflüssig machen, da es immer weniger Schrott von geeigneter Qualität gibt.
Außerdem zwingen der Konkurrenzkampf zwischen Produzenten und die stagnierenden Verkaufspreise sowie zunehmende ökologische Zwänge die Stahlproduzenten, neue Produktionsverfahren zu entwickeln, die zum einen geringere Gestehungskosten mit sich bringen und zum anderen umweltfreundlicher sind.
In jüngster Zeit wurden mit diesem Ziel diverse Verfahren zur Eisenoxidreduktion entwickelt, so genannte direkte Verfahren (DRI). DRI wird beispielsweise durch Gasreduktion (HYL-, Midrex-Verfahren) oder durch Reduktion auf der Basis kohlenstoffhaltiger Ausgangsstoffe erhalten, wie in den SL- RN-, Fastmet-, Inmetco- oder Circofer-, Comet-Verfahren, und entsprechend der europäischen Patentanmeldung, die von der Anmelderin am 28.01.1998 unter der Nr. 98200242.0 eingereicht wurde. Der größte Nachteil der meisten dieser Techniken besteht darin, dass man ein Produkt im reduzierten Zustand erhält, allgemein unter der Bezeichnung "Eisenschwämme" bekannt, das eine sehr geringe Dichte und eine hohe Oberflächenkennzahl aufweist, die eine Reoxidation des Eisens begünstigen. Dies zieht Probleme mit der Lagerung und dem Transport nach sich und macht in der meisten Zahl der Fälle ein kostspieliges Verdichten für die weitere Verarbeitung erforderlich. Eisenschwämme beispielsweise haben im Allgemeinen eine Rohdichte von 1,5 bis 2 kg/dm³ und werden bis auf einen Wert von 5 bis 5,5 kg/dm³ verdichtet.
Außerdem geht die erhebliche latente Wärme, die in dem reduzierten Material vor dem Abkühlen vorhanden ist, verloren.
Bestimmte der vorgeschlagenen Reduktionstechniken basieren auf dem Einsatz fester, kohlenstoffhaltiger Ausgangsstoffe wie Kohle, die im Überschuss zugegeben werden, um eine ausreichende Reduktion sicherzustellen. Dieser Überschuss an kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffen wird anderen, Asche enthaltenden Restprodukten beigefügt, deren man sich entledigen muss.
Alle diese Nachteile können mit einer Anlage nach der Erfindung vermieden werden, die einen Reduktions-/Schmelzprozess in Stufen einsetzt. Das in geschmolzener Phase hergestellte Roheisen kann für alle herkömmlichen Anwendungen wie das Gießen kleiner Blöcke oder Frischungsvorgänge in Stahlwerken, beispielsweise Elektrostahlwerken oder LD-Konvertern, verwendet werden.
Das englische Patent GB 1.143.527 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Roheisen in zwei Stufen, bei dem das Eisenerz in einem ersten Ofen reduziert wird und durch Wirkung der Schwerkraft direkt heiß in einen Schmelzofen fällt. Die vorreduzierten Eisenstücke oder "Pellets" werden mit einer solchen Geschwindigkeit geschoben, dass diese durch die Schlackenschicht hindurchfallen, die sich auf dem Bad aus geschmolzenem Roheisen befindet. Diese Geschwindigkeit wird dadurch erreicht, dass man die Eisenstücke oder "Pellets" aus einer bestimmten Höhe in das Bad fallen lässt. Nach einer besonderen Ausführungsform werden die vorreduzierten Eisenstücke oder "Pellets" auf einer geneigten Bühne abgelegt und mit Hilfe eines Kolbens in regelmäßigen Abständen in einen Schacht geschoben, in dem sie durch Wirkung der Schwerkraft ausreichend beschleunigt werden, um die Schlackenschicht zu durchqueren, die sich auf dem Bad aus flüssigem Stahl in dem Schmelzofen bildet. Die Gase aus dem Schmelzofen werden über den Schacht in den Reduktionsofen geleitet, durch den der Schmelzofen mit reduziertem Eisen beschickt wird.
Das Patent US 5,542,963 beschreibt eine Anlage zur Herstellung von Roheisen in zwei Stufen, bei der das Eisenerz in einem ersten Ofen reduziert wird und durch Wirkung der Schwerkraft direkt heiß in einen Schmelzofen gelangt. Die vorreduzierten Eisenstücke oder "Pellets" werden dem Schmelzofen mittels einer archimedischen Schnecke zugeführt. Die Gase aus dem Schmelzofen werden über eine Leitung in den Reduktionsofen geleitet, der von dem Schacht des Schmelzofens getrennt ist, durch den dieser mit reduziertem Eisen beschickt wird.

Ziele der Erfindung

Die vorliegende Erfindung zielt insbesondere darauf ab, die reduzierten Eisenoxide direkt nach ihrem Entstehen und kontinuierlich umzuwandeln, damit Roheisen in flüssigem Zustand unter besseren wirtschaftlichen Bedingungen und mit kompakteren und gegenüber den bestehenden Ausrüstungen verbesserten technischen Ausrüstungen hergestellt werden kann.
Insbesondere wird die fortlaufende Produktion eines Roheisens angestrebt, das vorzugsweise entschwefelt und von der Schlacke getrennt ist, bei der weniger Energie verbraucht wird und die durch die Wahl der Brennmaterialien und Energierückgewinnung durch direkte Rückgewinnung der Verbrennungsgase in der vorgeschalteten Anlage wirtschaftlicher arbeitet.

Bestandteile der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Produktion von flüssigem Roheisen, die einen Reduktionsofen (1) zur Reduktion der Eisenoxide sowie einen Schmelzofen (3) umfasst, der eine Roheisen-Schmelzphase und Schlacke zum Schmelzen der reduzierten Eisenoxide sowie Austragvorrichtungen für das Roheisen (5) zu einer Frischungsanlage und Austragvorrichtungen für die Schlacke (6) in Richtung auf eine Schlackenaufbereitungsanlage umfasst, wobei der Reduktionsofen (1) und der Schmelzofen (3) über einen oder mehrere Schächte für die Beschickung des Schmelzofens (3) mit metallisiertem Eisengemisch, das mittels Schwerkrafttransport aus dem Reduktionsofen kommt, sowie eine oder mehrere Leitungen (4) für den Abzug der Verbrennungsgase aus dem Schmelzofen (3) zum Reduktionsofen (1) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Beschickschacht/schächte mit Regelklappen versehen ist/sind, die die Ansammlung einer Masse an metallisiertem Gemisch ermöglicht, die groß genug ist, um nach ihrem kräftigen Fall aus einer bestimmten Fallhöhe das flüssige Roheisen zu durchqueren.
Das Verfahren zur Anwendung der Anlage nach der Erfindung umfasst mindestens zwei aufeinanderfolgende Stufen, von denen die erste ein herkömmlicher Reduktionsschritt bis zu einem Metallisierungsgrad in der Größenordnung von 80 bis 94% und vorzugsweise 85 bis 90% unter Zugabe von Schmelzzuschlägen zur Nuancierung der im zweiten Verfahrensschritt zu produzierenden Schlacke. Die zweite Stufe ist ein Roheisen-Produktionsschritt, der unmittelbar auf die erste Stufe folgt.
Die zweite Stufe zur Roheisenherstellung besteht aus zwei aufeinander folgenden Unterschritten. Zunächst wird eine zusätzliche Reduktion des Eisenoxids bis auf fast 100% vorgenommen. Dies kann mit Hilfe eines kompakten Reaktors erreicht werden, der einen Kern hat, der das Hindurchströmen von Gas erlaubt, oder mit einer Einspritzlanze unter Einspeisung von vorgewärmter Kohle von oben, das Gemisch aus fast völlig metallisiertem Eisen, Gangmineral, Schmelzzusätzen und Überschusskohle wird sofort und direkt in einen Ofen befördert, der eine Roheisen-Schmelzphase enthält, und das Metall und die Schlacke werden anschließend ausgetragen, vorzugsweise im kontinuierlichen Verfahren, beispielsweise durch Übertreten.
Die reduzierten Eisenoxide aus dem ersten Reduktionsschritt können aus einem beliebigen Reduktionsverfahren stammen, das unter anderem in einem Drehherdofen, einem Wannenofen, einem Drehofen oder einem Wirbelschichtofen stattfinden kann. Die Anwendung der Erfindung lohnt sich wirtschaftlich insofern umso mehr, als das reduzierte Produkt eine höhere Temperatur hat, d. h. mehr latente Wärme aufweist.
Nach einer ersten Ausführungsvariante kann die für das Schmelzen erforderliche Energie durch Induktion oder eventuell mittels eines Lichtbogens, beispielsweise eines versenkten Lichtbogens, bereitgestellt werden.
Ebenso können nach einer zweiten Ausführungsvariante eine zusätzliche Reduktion und ein kontinuierliches Schmelzen in einer einzigen Anlage erfolgen, die im Wesentlichen von der Beschickvorrichtung für das zu behandelnde Material gebildet wird, das mit möglichst hoher Temperatur vorzugsweise direkt aus der ersten Stufe kommt. Dieses Beschickelement mündet an einem Ende eines Drehrohrofens, dessen entgegengesetztes Ende offen und einerseits mit einer vorzugsweise trichterförmigen Austragvorrichtung für das Roheisen und die Schlacke und andererseits mit einer Gasabzugsvorrichtung verbunden ist. Ein auf Beschickseite gelegener Brenner sorgt für die für das Schmelzen des zu behandelnden Materials erforderliche Wärmezufuhr, während eine am anderen Ende des Ofens gelegene Einblaslanze die Entschwefelung des Bads sicherstellt. Der Brenner kann auf Entleerungsseite oder auch doppelt angeordnet sein, wenn das Schmelzverhalten dies erfordert.
In diesem Fall werden die vorgenannten Teile der Anlage vorzugsweise auf ein gemeinsames Gestell montiert, damit das Ganze geneigt werden kann. In herkömmlicher Weise ist der Ofen vorzugsweise auf Ringe montiert, die auf Rollen ruhen, die von geeigneten Motoren und Getrieben angetrieben werden.
Die Neigung des Gestells, das unter anderem den Drehofen trägt, kann so gesteuert werden, dass eine kontinuierliche Kippbewegung des Ofens erfolgt, die dazu führt, dass das von dem Austragende des Ofens kommende heiße Roheisen mit Unterbrechungen in Richtung auf dessen Beschickende zurückgeführt wird und somit eine pulsierende, nicht mehr kontinuierliche, sondern unterbrochene oder noch besser stoßweise Austragbewegung des Roheisens am Ausgang bewirkt. Auf diese Weise wird das Schmelzen der Charge verbessert, indem von dem Entleerungsausgang eine geschmolzene, heiße Masse zurückgeführt wird, die sich mit dem kälteren, flüssigen Bad vermengt, das sich am Beschickende befindet. Dies bewirkt gleichzeitig eine Vergleichmäßigung des Kohlenstoffgehalts, der bei der Bewegung vom Beschickende zum Austragende ansteigt.
Die Vergleichmäßigung erhöht die Schmelz- und Reduktionsfähigkeit und begünstigt so die Eigenschaften des Schmelzbades. Der Anstieg des Kohlenstoffgehalts bewirkt das Absinken der Erstarrungstemperatur des Roheisens, was den Prozessablauf ebenfalls positiv beeinflusst.
Der Gesamtaufbau des Ofens ist für die Beeinflussung des Schmelzprozesses des Eisenschwamms ebenfalls wichtig. Es hat sich erwiesen, dass ein größerer Innendurchmesser am Beschickende bezüglich dem Austragende dem besonders zuträglich ist, insbesondere kombiniert mit der vorgenannten Kippwirkung, indem das Volumen des Roheisens, gleichzeitig der Pumpeffekt und schließlich die Schmelzfähigkeit erhöht werden.
Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, dass jegliche Förderung von der DRI-Produktionseinheit zur Roheisenherstellungsstufe durch Schwerkraft erfolgt, wobei für eine Reduzierung der Wärmeverluste gesorgt wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass sich die Technik der Erfindung von den Lösungen des Stands der Technik im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass bei den unterschiedlichen Ausführungsvarianten zunächst eine fast vollständige Reduktion der eingesetzten Eisenoxide erfolgt und dass die entstandenen Stoffe direkt zu einem Bad hin fließen, das aus einer flüssigen Roheisenphase besteht, ohne Unterbrechung und vor allem ohne große Abkühlung zwischen den Stufen.
Man achtet darauf, dass das hergestellte flüssige Roheisen einen genau dosierten Kohlenstoffgehalt über 3%, vorzugsweise 4, 5 bis 5, 5%, aufweist, was im Allgemeinen bei den meisten der verwendeten Eisenerze zum Entstehen eines geschmolzenen Roheisens mit günstigen Fluiditätseigenschaften führt.
Weitere Einzelheiten zur Erfindung sind nachfolgend eingehender beschrieben.
Nach der ersten Ausführungsvariante ist das Vorgehen so, dass das in dem tiefer liegenden Ofen entstandene Gas direkt über eine Gasabzugsleitung in die erste Verfahrensstufe gespeist wird, um seine latente Wärme und Reduktionsfähigkeit hier mit einzubringen.
Im Beschickschacht für das aus der ersten Stufe kommende metallisierte Gemisch ermöglicht eine Regelklappe mit zunehmendem Abladen des metallisierten Gemischs das Entstehen einer Pufferzone mit einem Gewicht, das bei dessen Übertreten auch auf Grund seiner Höhe ausreicht, um die Oberfläche des darunter liegenden Ofens mit Wucht zu durchqueren, was sein Schmelzen beträchtlich beschleunigt.
Dieser darunter liegende Ofen ist mit einer zeitweilig aussetzenden Entladevorrichtung für das flüssige Roheisen versehen, der Einfachheit halber vorzugsweise in Form eines Siphons, in dem das Roheisen und die Schlacke in an sich bekannter Weise getrennt werden. Die Schlacke wird vorzugsweise granuliert oder kann in dafür vorgesehenen Becken erstarren. Beide Schlackeformen sind bekannte, marktgängige Nebenprodukte. Das Roheisen im flüssigen Zustand ist ein besonders nützliches Produkt, beispielsweise bei Frischungsprozessen wie Elektroöfen (Lichtbogenöfen) oder Sauerstoff- Konvertern (BOF-Öfen).
Obwohl die Erfindung für die Reduktion von Eisenoxiden beschrieben wurde, ist sie ebenso auch auf die Reduktion anderer Metalloxide oder deren Gemische mit Eisenoxiden anwendbar, insbesondere die Metalle, die zusammen mit Eisen zur Herstellung von Legierungen wie Inox-Stahl verwendet werden. Sie ist ebenso verwendbar für das Auffangen der Stäube in Hochöfen, Konvertern und Elektroöfen.
Das Verfahren zum Einsatz der Anlage nach der Erfindung in zwei aufeinander folgenden Stufen mit durch Schwerkraft unterstützte Förderung erlaubt ebenfalls die Behandlung der recycelfähigen Nebenprodukte aus Eisenhütten-Anlagen.
Das hergestellte Roheisen kann direkt im geschmolzenen Zustand, aber auch in Form von Blöcken verwendet werden.
Dadurch, dass am Ende der zweiten Stufe praktisch keine Eisenoxide vorhanden sind, ist eine längere Standzeit für die feuerfeste Auskleidung der Entlademündung des Reaktors und den Induktionsofen sichergestellt.
Der Einsatz der Anlage der Erfindung zeichnet sich durch eine hohe Produktivität aus: im Stahlherstellungsprozess durch die Verwendung von Ausgangsprodukten im flüssigen Zustand statt von festen, insbesondere im DRI-Verfahren hergestellten Stoffen.
Die Wahl des DRI-Verfahrens zur Durchführung der ersten Stufe wird von den günstigsten wirtschaftlichen Voraussetzungen entsprechend den örtlichen Umständen geleitet, um mit der zweiten Stufe des Verfahrens gekoppelt zu werden.
Der Einsatz der Anlage der Erfindung hat auch aus rein energetischer Sicht eine Reihe von Vorteilen.
Die kontinuierliche Koppelung beider Stufen vermeidet jegliche Energieverluste. Andererseits können die in der zweiten Stufe freigesetzten Nutzgase wieder verwendet werden. Der Brennstoff-Überschuss (Kohle) aus der ersten Stufe kann in der zweiten Stufe zum Nutzen eingesetzt werden. Die überschüssige Kohle trägt im Beschickschacht zur abschließenden Reduktion der nicht reduzierten Eisenoxide bei; die überschüssige Kohle in der zweiten Stufe trägt zur Nuancierung des Roheisens bei.
Die Beschickschächte, die die erste und zweite Stufe miteinander verbinden, erlauben die Erstellung einer besonders kompakten Anlage, was auch die Investitionskosten verringert. Die Schmelzeinheit der zweiten Stufe hat sehr geringe Abmessungen.
Schließlich ermöglicht die Technik einen optimalen Einsatz der Recycelmaterialien.
Hinsichtlich der Qualität ist anzumerken, dass das Roheisen ein Rohstoff ist, der wesentlich stabiler (keine Reoxidation mehr) und vorteilhafter als Schrott ist, welcher auf Grund seiner Unreinheit enorme qualitative Probleme aufwirft. Das Roheisen enthält eine zusätzliche Energiequelle in Form des vorhandenen Kohlenstoffs. Die Entschwefelung erfolgt wie beim Roheisen eines Hochofens.
Wie gesagt können nach einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung die beiden Unterschritte, die die zweite Stufe der Erfindung bilden, auch in einer einzigen Anlage durchgeführt werden.
In diesem Fall wird die Beschickvorrichtung dieser Anlage sinnvollerweise von einer Beschickschurre oder einem beliebigen anderen geeigneten Beschicksystem wie einer archimedischen Schnecke gebildet, das/die an eine Scheibe montiert wird, in die auch der einzige Brenner mündet. Auf dieser Scheibe kann gleichzeitig eine Düse zum Einblasen von Kohlenstaub montiert sein, einerseits zur Vermeidung einer Reoxidation des Schmelzguts und andererseits zur abschließenden Reduktion des Eisenschwamms und zur Zugabe des für den Erhalt eines qualitativ hochwertigen Roheisens erforderlichen Kohlenstoffs zum Bad.
Diese Scheibe ist fest und schließt an ein Ende des Drehofens an, beispielsweise über doppelt dichtende Dichtungen, die auf einen Kompensator montiert sind, wobei die Zwischenkammer der Dichtung vorzugsweise mit Hilfe eines Inertgases, vorzugsweise Stickstoff, unter Druck gesetzt werden kann, und wobei diese Einheit die relative Bewegung zwischen der feststehenden Scheibe und dem Drehofen ermöglicht und Wärmedehnungen aufnimmt.
In vergleichbarer Weise nehmen am anderen Ende des Drehofens vergleichbare Vorrichtungen die Dehnung auf und ermöglichen die Drehung des entgegengesetzten Endes des Ofens bezüglich der Austragvorrichtung für Roheisen und Schlacke.
Die Beschickvorrichtung ist selbst mit einem Schacht oder einer Schurre verbunden, die mit der DRI-Produktions-Einheit der ersten Stufe verbunden ist. Der Drehpunkt des Gestells im Hinblick auf die Einstellung der Neigung der Drehachse des Schmelzofens befindet sich idealerweise in Höhe des Mittelpunktes der Anschlussfläche des Beschickschachtes. Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann die auszutragende Roheisenmenge geregelt oder das Entleeren des Roheisens gestoppt werden, beispielsweise zum Auswechseln der Austragvorrichtung für das flüssige Roheisen.
Vorteilhafterweise kann eine Klappe, vorzugsweise eine Doppelklappe, vorgesehen werden, welche die festen Stoffe passieren lässt, aber das Zurückströmen von Gas zum DRI-Produktionsofen verhindert, vorzugsweise vor dem vorgenannten Drehpunkt.
In gleicher Weise wird die Gasabzugsvorrichtung über einen Kompensator gleicher Art wie den vorgenannten an eine feststehende Außenleitung angeschlossen.
Die ganze Anlage ist natürlich mit einer feuerfesten Auskleidung versehen.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung gehen aus der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor.
Das entstandene Roheisen kann als Ausgangsmaterial zur Stahlerzeugung beispielsweise von Elektroöfen oder LD-Konvertern eingesetzt werden, mit dem Ziel der Verkürzung des Herstellungszyklus der Stähle im Vergleich zu Zyklen mit DRI-Einsatz.
Die Erfindung setzt eine bauliche Gestaltung um, die einfach, kompakt und billig ist.
Ebenso setzt sie billige Energiequellen wie Erdgas, Kokereigas und/oder Kohlenstaub sowie Brennstoffe ein, die aus wieder verwertetem Müll mit hohem energetischen Wert wie zu diesem Zweck aufbereiteten Ölen, Kunststoffen, etc. bestehen, verglichen mit den klassischen Elektroöfen, insbesondere Induktions- oder Lichtbogenöfen.
Die Anlage der Erfindung zielt ferner darauf ab, die Standzeit der feuerfesten Auskleidung zu verlängern, da die typischen Phänomene wie Erosion und chemischen Angriff, die in einem Elektroofen beispielsweise mit Schlacke auftauchen, auf Grund der Badbewegung und ganz speziell bei der zweiten Ausführungsvariante durch die kontinuierliche Drehung des Schmelzofens um seine horizontale Drehachse vermieden werden.
Ebenso kann darauf verzichtet werden, eine getrennte Entstaubungsanlage vorzusehen, ebenso wie auf eine fast vollständige Rückgewinnung der latenten Wärme der Verbrennungsgase in den dem Schmelzofen vorgeschalteten Einrichtungen.
Durch die besondere Gestaltung der Teile, aus denen die Anlage besteht, ist der Austausch einer Einheit, deren Auskleidung erneuert werden muss, durch eine Ersatzeinheit einfach und ohne signifikante Unterbrechung der Produktion möglich.
Die Ausrüstung der Abstichzone ist besonders einfach und sicher, da keine Stopf- und Bohrmaschine für den Abstich wie bei der Gießbühne eines Hochofens erforderlich ist.
Die Erfindung ermöglicht somit die Durchführung eines wirtschaftlichen Roheisenproduktions-Verfahrens, sowohl hinsichtlich der Investitionen als auch der Betriebskosten, das selbst für kleine Module rentabel bleibt, die beispielsweise nur 250 kt jährlich produzieren.
Generell kann ins Auge gefasst werden, die Anlage mit weniger Personal zu fahren, da diese und ihre Verwendung sowohl einfach als auch zuverlässig sind; desgleichen ist die Risikohöhe und somit die Unfallgefahr im Vergleich zu den bekannten Anlagen sehr gering.
Bei dem Verfahren entsteht eine Schlacke, deren Eigenschaften denen der Schlacke aus Hochöfen sehr ähneln und deren Wiederverwertung problemlos ist, was bei der mit direkter DRI-Beschickung in einem Stahlproduktionsverfahren entstehenden Schlacke nicht der Fall ist.

Kurzbeschreibung der Abbildungen

Fig. 1 ist eine Gesamtübersicht über eine Anlage nach der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine Anlage mit Beschickschächten, Gasabzugsleitung und Lichtbogen-Reduktionsofen nach der ersten Ausführungsvariante der Erfindung.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Anlage nach der zweiten Variante der Erfindung mit ihrer Verbindung mit einer Beschickschurre für DRI sowie ihre Verbindung mit der Austragausrüstung für das behandelte Material und der Gasabzugsvorrichtung.
Fig. 4 ist eine Ansicht der feststehenden Scheibe, die an das Beschickende des Drehofens montiert ist.
Fig. 5 ist eine Ansicht einer Vorrichtung zum Trennen des flüssigen Roheisens und der Schlacke mit Dichtung, die die Drehung des Ofens in Bezug auf die nicht drehenden Teile der Erfindung erlaubt.
Fig. 6 ist eine schematische Ansicht einer ersten Form mit konischer Verengung des Ofens von vorne nach hinten.
Fig. 7 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Form mit einer treppenartigen Verengung von vorne nach hinten.
Fig. 8 zeigt schematisch bestimmte zusätzliche Ausrüstungen in einem Drehofen, der im Längsschnitt dargestellt ist.
Fig. 9 ist ein Schnitt A-A in Höhe des Beschickendes.

Bezeichnungen Fig. 1

1. Ofen für die Reduktion der Eisenoxide
2. Beschickschacht für die Beschickung des Schmelzofens mit metallisiertem Eisen
3. Schmelzofen
4. Abzugsleitung für die Verbrennungsgase des Schmelzofens
5. Roheisen-Frischungsanlage
6. Schlackenaufbereitungsanlage

Beschreibung des Ausführungsschemas der Erfindung

Nach einem ersten herkömmlichen DRI-Produktionsschritt 1 ist vorgesehen, dass das metallisierte Gemisch (DRI) über einen Beschickschacht 2 des Schmelzofens 3 weiter befördert wird. Die Verbrennungsgase des Schmelzofens werden über eine Leitung 4 zum DRI-Ofen ausgetragen, während das Roheisen zu einer Frischungsanlage 5 und die Schlacke zu einer Schlackenaufbereitungsanlage 6 hin ausgetragen wird.

Bezuasziffern Fig. 2

1. Lichtbogen-Reduktionsofen
2. Elektroden
3. Schlacke
4. Roheisen
5. Schlackenaustragschurre
6. Roheisenaustragschurre
7. Abzugsleitung für die Verbrennungsgase des Schmelzofens
8. Eisenoxid-Reduktionsofen der Art mit einem Drehherd
9. Drehherd des Reduktionsofens
10. Aufgabeschacht für das metallisierte Gemisch
11. Durchsatz-Regelklappe
a. Roheisen-Austragrichtung
b. Schlacken-Austragrichtung
c. Verbrennungsgas-Abzugsrichtung
d. Richtung des Einsatzes des metallisierten Gemischs

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach der ersten Ausführung (Fig. 2)

Die Anlage wird von dem Eisenoxid-Reduktionsofen 8, den DRI- Beschickschächten 10 und dem Lichtbogen-Reduktions-Schmelzofen 1, in denen nacheinander die erste Stufe, die DRI-Beschickung und das Schmelzen des DRI stattfinden, sowie der Gasabzugsleitung 7 gebildet.
Das DRI, das auf einer Temperatur von über 1000ºC mit einem Kohleüberschuss, Kalk und anderen Mitteln gemischt wird, wird von dem Drehherd 19 in einen der vier Beschickschächte 10 ausgetragen. Eine Durchsatzregelklappe 11 gibt mit Unterbrechungen das metallisierte Gemisch frei, das durch die Schlacke hindurch in das in Schmelzung befindliche Roheisen fällt. Die Elektroden 2 des Schmelzofens sind in die Schlacke 3 eingetaucht, in der der Lichtbogen gebildet wird. Das entstandene Roheisen wird durch die Schurre 6, die Schlacke durch die Schurre 5 ausgetragen und die Verbrennungsgase werden durch die Leitung 7 ausgetragen und wieder in den Reduktionsofen 8 eingeblasen.
Das flüssige Roheisen kann für jede herkömmliche Verwendung eingesetzt werden.
Die Schlacke kann granuliert und für herkömmliche Verwendungen der Schlacken aus insbesondere Hochöfen eingesetzt werden.
In den Fig. 3 bis 9 wird eine zweite Ausführungsvariante der Erfindung beschrieben. Es wurden die nachfolgend aufgeführten Bezugsziffern verwendet.

Bezuasziffern Fig. 3 bis 9

101. Drehofen
102. DRI
103. Beschickungseinheit (Scheibe)
104. Öffnung hinten
105. Beschickschacht
106. Beschickschurre
107. Austrageinheit für flüssiges Roheisen, Schlacke und Gase
109. Gasabzugsleitung
111. Entschwefelungslanze
112. Brenner
113. Brenner
114. Einblasen von Kohlenstaub
115. Gestell
117. Doppelklappe
119. Dichtung
120. Dichtung
121. Komprimierbares Element
123. Ringe
125. Rollen
127. Schauloch
129. Kompensator
131. DRI-Haufen
132. Übertritt des flüssigen Roheisens
133. Gase
134. Drehpunkt
135. Trichter
137. Absaugvorrichtung
139. Roheisen
141. Schlacke
Die in Fig. 3 dargestellte Analge besteht im Wesentlichen einerseits aus einem Drehofen 101, der an einem Ende (am vorderen Ende in Bezug auf die Förderrichtung der Stoffe) mit einer Beschickvorrichtung 103 für DRI 102 und am anderen Ende (Hinterseite) mit einer Öffnung 104 versehen ist, die mit einer Austragvorrichtung 107 für das flüssige Roheisen und die Schlacke sowie an eine Gasabzugsvorrichtung 109 verbunden ist.
Fig. 4 zeigt die Beschickvorrichtung 103, die unter anderem eine einen Puffer bildende Scheibe 103 umfasst, die mit einer geneigten Beschickschurre 106 versehen ist. Über diese Scheibe mündet auch ein Brenner 113 in einen Ofen. Zur Optimierung des Schmelzens des DRI-Haufens 131 am Eingang des Ofens 101 kann die Einragtiefe des Brenners in den Ofen reguliert werden. Dieser Brenner kann auch auf der entgegengesetzten Seite montiert sein, er kann jedoch auch doppelt, d. h. mit einem Brenner auf jeder Seite, vorgesehen sein. Die Scheibe 103 kann auch mit einer Einblasdüse für Kohlenstaub 114 versehen werden. Eine umlaufende Dichtung 119 erlaubt die Drehung des Ofens bezüglich der unbeweglichen Scheibe.
Das andere Ende des Ofens ist offen und mündet einerseits zur Vorrichtung 135 und andererseits zur Vorrichtung 109.
Erneut sind geeignete Dichtungen 120 vorgesehen, um die Drehung des Ofens zu ermöglichen.
Der Komplex aus Ofen 101 und den Vorrichtungen 103, 107 und 135 (oder 137) wird von einem Gestell 115 getragen. Auf dieses Gestell sind Rollen 125 montiert, die den Drehofen 101 tragen. Dieser Ofen ist seinerseits mit Ringen 123 versehen, die auf den Rollen aufliegen. Die Rollen 125 werden direkt oder indirekt von einem (nicht dargestellten) Motor angetrieben.
Die Verbindung der Enden der Schurre 106 mit dem Schacht 105 erfolgt über ein komprimierbares Teil 121.
Das ganze Gestell mit seinen drehbaren 101 und unbeweglichen 103, 107 und 135 (oder 137) Ausrüstungen, die es trägt, kann bezüglich der Horizontalen um den Drehpunkt 134 gedreht werden, der sich in Höhe dieser Verbindung befindet.
Es sind zwei Arbeitssituationen vorgesehen. In der ersten wird im Ofen produziert, wobei seine Drehachse leicht geneigt ist.
In diesem Fall bewahrt die Drehbewegung die Dichtheit der Verbindung durch die Komprimierbarkeit der Dichtung 121 der Schurre 106 und des Schachtes 105.
Durch die Länge des Drehofens 101 kann schon eine geringe Neigung eine vertikale Verschiebung des hinteren Endes des Ofens von 10 bis 20 em bewirken.
Die Verbindung mit der Gasabzugsvorrichtung 107 zu einer Rückgewinnungsleitung 109 zum DRI-Ofen und deren Dichtheit werden durch einen Kompensator 129 sichergestellt.
Eine zweite Arbeitssituation ist die, in der am Ofen eine Neuzustellung erforderlich wird. In diesem Fall braucht die Schurre 106 nur vom Schacht 105 getrennt zu werden, damit das Gestell mit der integrierten Vorrichtung verschoben werden kann. Die Anlage kann auch auseinander gebaut werden, indem der Ofen 101 am einen Ende von der Einheit 103 und am anderen Ende von den Einheiten 107 und 135 (oder 137) getrennt wird (wobei natürlich die einzelnen Dichtungen und Kompensatoren auch ausgebaut werden müssen).
Wenn zum Beispiel die gesamte feuerfeste Auskleidung des Ofens 101 erneuert werden soll, kann dieser beispielsweise senkrecht gestellt werden, wobei hierzu geeignete Handhabungsvorrichtungen vorgesehen sind.
In der Praxis ist die Anlage der Erfindung so konzipiert, dass sie sehr schnell entweder abgebaut und durch eine komplette Ersatzanlage oder nur teilweise abgebaut und durch eines ihrer Bestandteile ersetzt werden kann.
Beispielsweise kann die Anlage in kurzer Zeit von dem DRI- Beschickofen abgetrennt werden, welcher dann durch eine vorgewärmte Ersatzanlage ersetzt werden kann.
Die Anlage kann unterschiedliche Ausrüstungen umfassen.
Sowohl der Ofen 101 als auch die Einheiten 103, 107, 109 und 135 (oder 137) sind mit einer geeigneten feuerfesten Auskleidung versehen, die den Temperaturen und dem Schmelzgut widersteht.
Die Austragvorrichtung für das flüssige Roheisen, die vorzugsweise die Form eines Trichters 135 hat, wie in Fig. 3 dargestellt, kann mit einem Siphon 137 wie beispielsweise in Fig. 5 dargestellt ausgestattet werden.
Ebenso kann in der der Öffnung 104 gegenüberliegenden Wand beispielsweise ein Schauloch 127 vorgesehen werden.
In dieser Wand kann ferner eine Entschwefelungslanze 111 vorgesehen werden, ebenso wie eine Sauerstofflanze, die im oberen Bereich des Randes der Öffnung 104 vorgesehen wird, um Roheisen- und Schlackeablagerungen, die sich in diesem Bereich bilden könnten, zu entfernen.
Die Geometrie der Scheibe 103 sowie die der Auskleidung des Ofens 101 in dem Bereich, in dem beide sich berühren, wird so gewählt, dass eine bestmögliche Funktion der Anlage gewährleistet ist.
Durch die Neigung des Ofens und natürlich seine dargestellte Form ist es erforderlich, dass ein Bad mit geschmolzenem Material 131 erhalten bleibt und gleichzeitig ein allmählicher Weitertransport dieses Materials (in Fig. 3 von links nach rechts) stattfindet. Das eingebrachte zu behandelnde Material ist im Prinzip leichter als dieses Bad und "treibt" teilweise an dessen Oberfläche.
Festzuhalten ist, dass das zu behandelnde Material zusätzlich zu seiner Schmelzung in dem Ofen eine abschließende Reduktion erfährt und durch das Einblasen von Kohlenstaub bis zu einem Gehalt von 4% mit Kohlenstoff angereichert wird.
Die für das Schmelzen erforderliche Wärme wird im Wesentlichen durch Strahlung der Flamme des Brenners über dem Schmelzgut und durch Strahlung der Ofenwände sichergestellt. Zusätzlich erwärmt die feuerfeste Auskleidung des Drehofens das Bad durch den direkten Kontakt.
Im Gegensatz zu den Schmelzreaktoren und Elektroöfen, bei denen durch den Angriff der Schlacke im Allgemeinen ein rapider Verschleiß der Auskleidung beobachtet wird, was sich in lokalen Verschleißstellen äußert, finden sich bei der Anlage der Erfindung keine lokalen Abnutzungsphänomene, was ihre Standzeit erheblich erhöht.
Der auf die Scheibe 103 montierte Brenner kann für Regulierungen, die vor allem die erneute Oxidation des aufgegebenen Materials verhindern helfen, bezüglich der Drehachse des Ofens vorteilhafterweise der Länge nach bewegt werden. Dasselbe gilt für den Brenner 112, der eventuell auf Entleerungsseite angeordnet ist.
Vorteilhafterweise wird vorzugsweise im Beschickschacht 105 ein Doppel-Rückschlagventil 117 für Gase vorgesehen, das jedoch das Hindurchtreten fester, in den Ofen geladener Stoffe erlaubt. Dieses Rückschlagventil ist dazu bestimmt, eine Stauung der Rauchgase des Brenners zu verhindern.
In den Fig. 6 und 7 sind zwei Formen einer Anlage dargestellt, die der Anlage 101 entsprechen. Im Falle von Fig. 6 ist die Form zum Ausgang hin kegelstumpfartig. Im Falle von Fig. 7 weist die Form von einem zum anderen Ende "Treppen" auf.
Wie ausgeführt wurde, ist es vorteilhaft, wenn der Ofen am Beschickende einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser des Entleerungsendes.
Ferner kann der Ofen, wie dies die Pfeile 160 zeigen, eine Kippbewegung ausführen.
Die Beschickvorrichtung, die im Wesentlichen die Form einer Scheibe hat, die mit der Ziffer 103 bezeichnet ist, kann (wie schon in den vorveröffentlichten Anmeldungen ausgeführt) mit einer Vorrichtung 114 zum Einblasen von Kohlenstaub, einer Sauerstofflanze, die vorzugsweise in die geschmolzene Masse eingetaucht ist, sowie einem Brenner 113 ausgerüstet sein. Ebenso hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Möglichkeit einer Wiederverwertung eines Teils des erzeugten Roheisens entweder über die Beschickschurre 106 oder eine zusätzliche Leitung mit Hilfe beispielsweise eines Siphons 162 vorzusehen.
In den Figuren ist eine Platte 163 zur parziellen Trennung dargestellt, die durch die Drehung des Ofens angetrieben wird und mit einer mittigen Öffnung 165 sowie Öffnungen 164 am Umfang, wie dargestellt, versehen ist. Diese Platte 163 erlaubt den Abzug der Gase und die Förderung des Roheisens zum Entleerungsende eines vorderen Raums, hält jedoch die Schlackenrückstände und den durch die kräftige Badbewegung beim Einblasen von Sauerstoff mittels der Sauerstofflanze 161 entstandenen Schaum zurück.
Wenn hier auch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt wurde, so bleiben natürlich zahlreiche andere Ausführungsformen im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche möglich.

Claims

1. Anlage zur Produktion von flüssigem Roheisen, die einen Reduktionsofen (1) zur Reduktion von Eisenoxiden und einen Schmelzofen (3) umfasst, der eine geschmolzene Roheisenphase und Schlacke zum Schmelzen der reduzierten Eisenoxide sowie Austragvorrichtungen für das Roheisen in Richtung auf eine Frischungsanlage für das Roheisen (5) und Austragvorrichtungen für die Schlacke in Richtung auf eine Aufbereitungsanlage für die Schlacke (6) enthält, wobei der Reduktionsofen (1) und der Schmelzofen (3) über einen oder mehrere Schächte für die Versorgung des Schmelzofens (3) mit metallisiertem Eisengemisch, das, befördert durch die Schwerkraft, aus dem Reduktionsofen kommt, sowie eine oder mehrere Leitungen (4) für den Abzug der Verbrennungsgase aus dem Schmelzofen (3) zum Reduktionsofen (1) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Versorgungsschacht/-schächte mit Regelklappen versehen ist/sind, die die Ansammlung einer Masse von metallisiertem Gemisch ermöglicht, die groß genug ist, dass sie nach ihrem Abschütten nach einer Fallhöhe das flüssige Roheisen mit Wucht durchquert.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzofen (3) ein Induktionsofen ist, wobei die Induktionsströme eine Bewegung des Schmelzbades ohne zu große Wirbelströmungen bewirken.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzofen (3) ein Lichtbogenofen, insbesondere ein Elektro-Reduktionsofen ist.

4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzofen (3) im Wesentlichen eine Beschickvorrichtung für das zu behandelnde Material umfasst, die an einem Ende eines Drehrohrofens mündet, dessen entgegengesetztes Ende offen ist und einerseits mit einer vorzugsweise trichterförmigen Austragvorrichtung für das geschmolzene Eisen und die Schlacke und andererseits mit einer Gasabzugsvorrichtung verbunden ist, wobei ein Brenner, der mit unterschiedlichen Brennstoffen arbeiten kann, die für das Schmelzen des zu behandelnden Materials erforderliche Wärmezufuhr sicherstellt.

5. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile des Schmelzofens so auf ein gemeinsames Gestell montiert sind, dass sie einerseits den Drehofen und die zusätzlichen Ausrüstungen ohne Unterbrechung der Produktion schräg stellen und andererseits einen zügigen Austausch der ganzen Einheit oder bestimmter Teile ermöglichen können.

6. Anlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschickvorrichtung mit einem Schacht oder einer Schurre verbunden ist, der/die an die Reduktionseinheit (DRI) montiert ist, und dass sich ein Drehpunkt des Gestells im Hinblick auf eine Neigung der Anlage vorzugsweise in Höhe der Verbindungslinie befindet, wobei Kompensatoren wie beispielsweise Balgkompensatoren in diesem Bereich für eine gasdichte Verbindung sorgen.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasabzugsvorrichtung im Wesentlichen heiße Verbrennungsgase auffängt und vorzugsweise direkt an die vorgeschalteten Ausrüstungen montiert ist, welche das in der Anlage zu behandelnde Material anliefern.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Ofen vorgeschaltete Beschickvorrichtung eine Beschickschurre oder ein beliebiges anderes geeignetes Beschicksystem wie eine archimedische Schnecke ist, das/die an eine Scheibe montiert ist, in die auch der Brenner mündet.

9. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe eine Düse zum Einblasen von Kohlenstaub umfasst, die einerseits eine erneute Oxidation des Schmelzguts verhindern und andererseits für die endgültige Reduktion des Eisenschwamms sorgen und dem Bad die für den Erhalt eines Roheisens guter Qualitität erforderliche Menge an Kohlenstoff zuschlagen soll.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie Klappen umfasst, welche die festen Stoffe passieren lassen, einen Gasrückfluss jedoch verhindern.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand, die der Austragöffnung gegenüber liegt, mit einer Entschwefelungslanze für das. Roheisen, einem Schauloch und eventuell einem mit dem Umkehrbrenner oder einem zweiten Brenner versehen ist.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es durch das Neigen des Ofens und die Form möglich ist, ein Bad mit geschmolzenem Material unter gleichzeitigem allmählichen Weiterbewegen dieses Materials aufrechtzuerhalten.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kippgestell die Unterbrechung des Stranggusses zum Austausch der mit flüssigem Roheisen gefüllten Fördervorrichtungen erlaubt.