DE69805321T2

DE69805321T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von metallischem eisen

Info

Publication number: DE69805321T2
Application number: DE69805321T
Authority: DE
Inventors: Eiichi Ito; Shuzo Ito; Shoichi Kikuchi; Isao Kobayashi; Yasuhiro Tanigaki; Koji Tokuda; Osamu Tsuchiya; Akira Uragami
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-10-23
Filing date: 1998-10-21
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2018-10-22
Also published as: CA2306805C; JPH11131119A; ES2177069T3; AU9646398A; BR9812981A; AU734001B2; JP4159634B2; EP1027461B1; ATE217351T1; KR20010031311A; US6210462B1; RU2194771C2; CN1276838A; ZA989374B; WO1999020801A1; KR100362781B1; CN1087352C; DE69805321D1; CA2306805A1; EP1027461A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung in der Technik zum Erhalten von metallischem Eisen durch Wärmereduktion von Eisenoxiden, wie Eisenerzen, gemeinsam mit einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel, wie Kohlenstoffmaterial bzw. Kohlematerial, und sie bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von metallischem Eisen durch ein Abtrennen von Schlackenbestandteilen, die als Muttergesteinsbestandteile in Eisenoxidquellen enthalten sind, und fähig sind, effizient metallisches Eisen mit hoher Reinheit zu bilden.

Stand der Technik

Als ein direktes Eisenherstellungsverfahren eines direkten Reduzierens von Eisenoxiden, wie Eisenerzen oder Eisenoxidpellets, mit einem Kohlenstoffmaterial oder einem reduzierenden Gas bzw. Reduktionsgas war bis dato ein Schachtofenverfahren, das typischerweise durch das Midrex-Verfahren repräsentiert ist, bekannt. Das Direkteisenherstellungsverfahren dieser Art umfaßt ein Einblasen eines reduzierenden Gases, das aus einem Erdgas oder dgl. gebildet ist, aus einer Blasdüse an einem unteren Bereich eines Schachtofens und ein Reduzieren von Eisenoxiden, indem der reduzierende Effekt des Gases verwendet wird, um metallisches Eisen zu erhalten. Ferner wurde ein Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen unter Verwendung eines Kohlenstoffmaterials, wie Kohle, als ein Reduktionsmittel anstelle des Erdgases in den letzten Jahren gefunden, und konkret wurde ein sogenanntes SL/RN-Verfahren bereits in praktische Verwendung genommen.
Als ein anderes Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen offenbart ferner das US-Patent Nr. 3,443,931 ein Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen durch Mischen eines Kohlenstoffmaterials und eines pulverförmigen Eisenoxids und Ausbilden derselben in Klumpen oder Pellets und Wärmereduzieren derselben auf einem Drehofen, um reduziertes Eisen herzustellen.
Das durch die oben beschriebenen Verfahren hergestellte reduzierte Eisen wird, so wie es ist, oder nachdem es in Briketts oder eine ähnliche Form geformt wurde, einem Elektroofen zugeführt und als eine Eisenquelle verwendet. Da ein Rezyklieren von Eisenabfällen in den letzten Jahren wichtig geworden ist, wurde das durch die oben beschriebenen Verfahren erhaltene Eisen als ein Verdünnungsmittel für Verunreinigungselemente, die in den Schrott eingebracht wurden, bekannt.
Da eine große Menge an Schlackenbestandteilen, wie SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3; und CaO, die in den Eisenoxiden, die als das Ausgangsmaterial verwendet werden (Muttergestein in den Eisenoxiden), oder Kohlenstoffmaterial (Aschen in der Kohle) in das reduzierte Eisen, das durch das bestehende Herstellungsverfahren für reduziertes Eisen erhalten wird, eingebracht wird, ist jedoch die Eisenqualität des Produkts (Reinheit als das metallische Eisen) abgesenkt bzw. verringert.
In der praktischen Verwendung werden derartige Schlackenbestandteile abgetrennt und in den nachfolgenden Raffinierschritt rückgeführt, wobei jedoch eine Erhöhung an Schlacke nicht nur die Ausbeute an raffiniertem, geschmolzenem Metall reduziert, sondern auch einen unwünschenswerten Effekt betreffend die Betriebs- bzw. Arbeitskosten des Elektroofens ergibt, so daß reduziertes Eisen mit hoher Eisenqualität und mit geringerem Gehalt an Schlackenbestandteilen gefordert wurde. Um einem derartigen Erfordernis mit dem bestehenden Herstellungsverfahren für reduziertes Eisen, das oben beschrieben ist, zu genügen, müssen jedoch Eisenerze mit hoher Eisenqualität als das Ausgangsmaterial für die Herstellung des reduzierten Eisens verwendet werden, was den Bereich für die Auswahl des Ausgangsmaterials betreffend die Eisenherstellung, welche in die praktische Verwendung gebracht werden können, stark einengt bzw. beschränkt.
Zusätzlich ist es in dem oben beschriebenen, existierenden Verfahren notwendig, die Eisenoxidquelle und das Kohlenstoffmaterial zu vermischen und zuerst in Klumpen oder Pellets mittels eines Bindemittels oder Sinterns zu formen, so daß eine Belastung der Einrichtung und ein Aufwand für das vorangehende Formen in unvermeidbarer Weise erhöht wird.
Ferner umfaßt ein in der japanischen Patentoffenlegung Hei 9-256017, die durch den vorliegenden Anmelder hinterlegt wurde, beschriebenes Verfahren ein vorangehendes Gießen bzw. Formen eines gemischten Pulvers bzw. Pulvergemisches aus kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel und Eisenoxid in eine Kugel- oder Pelletform, Wärmereduzieten des vorab geformten Produkts, wodurch eine Eisenmetallhaut auf der Außenoberfläche des geschmolzenen Produkts gebildet wird und anwächst, und ein Erhöhen des Reduktionspotentials in der metallischen Eisenschale, wodurch es fähig ist, effizient das Eisenoxid im Inneren zu reduzieren und effizient resultierendes, metallisches Eisen und gebildete Schlacke zu trennen. Dementsprechend kann von diesem Verfahren gesagt werden, daß es extrem effizient als ein Verfahren ist, das fähig ist, metallisches Eisen mit hohem Metallisierungsgrad zu ergeben bzw. zu erhalten.
Jedoch bringt auch dieses Verfahren ein Problem mit sich, daß das Ausgangsmaterial vorab einmal in die kugelförmige oder pelletartige Form mittels eines Bindemittels oder Sinterns oder dgl. wie in dem oben beschriebenen Stand der Technik geformt werden muß, so daß die Belastung auf der Einrichtung bzw. Anlage und der Vorgang für das vorangehende Formen erhöht ist.
Ferner offenbart die japanische Patentoffenlegung Hei 8- 27507 als ein weiteres Eisendirektreduktionsverfahren ein Verfahren eines Anordnens von kohlenstoffhaltigem Reduktionspulver, enthaltend ein Entschwefelungsmittel und pulverförmiges Eisenoxid, die jeweils in einer geschichteten Form auf einem bewegbaren Rost bzw. einer bewegbaren Herdsohle gestapelt werden, und eines Erhitzens, um ein schwammartiges Eisen zu erhalten. Es wird betont, daß, da das Eisenoxid durch das kohlenstoffhaltige Reduktionsmaterial reduziert wird und Schwefelbestandteile, die in dem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel, wie Kohle, enthalten sind, durch das Entschwefelungsmittel gefangen werden, Schwammeisen mit geringerem Schwefelgehalt erhalten werden kann und eine nachfolgende Entschwefelungslast gemäß diesem Verfahren verringert sein kann.
Während dieses Verfahren einen Vorteil dahingehend besitzt, daß es kein vorangehendes Formen von Ausgangseisenoxidmaterial in ein Pellet oder eine ähnliche Form erfordert, ist jedoch die Reduktionseffizienz niedrig, um eine lange Zeit für eine Wärmereduktion zu erfordern, da das Eisenoxid und das kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel nicht in direktem Kontakt miteinander sind, was für eine praktische Verwendung in dem industriellen Maßstab im Hinblick auf die Produktivität nicht geeignet ist.
Da das reduzierte Eisen als Schwammeisen in diesem Verfahren erhalten wird, wird zusätzlich eine große Menge an Muttergesteininhalt in das Schwammeisen eingebracht, um die Eisenqualität des reduzierten Eisens abzusenken. Wenn das reduzierte Eisen einer derart niedrigen Eisenqualität als eine Eisenquelle einem Elektroofen oder dgl. zugeführt wird, ergeben sich unerwünschte Effekte auf die Arbeitsweise des Elektroofens durch den Anstieg in der Menge der resultierenden Schlacke, ebenso wie es in anderen verschiedenen Problemen resultiert, wie einem Absenken der Eisenausbeute aufgrund von Verlust an Eisen, der durch ein Einbringen bzw. Eintragen in die Schlacke bewirkt wird, ein Erhöhen des Energieverbrauchs, ein Absenken der Produktivität und dgl. Da derartige Probleme merkbarer bzw. schwerwiegender werden, wenn der Eisengehalt in der Eisenoxidquelle abgesenkt ist, ist es zusätzlich nahezu unmöglich, die Eisen- oder Eisenoxidquelle mit niedriger Qualität für Ausgangsmaterialien in dem tatsächlichen Betrieb zu verwenden, so daß nur eine Eisenoxidquelle mit hoher Qualität verwendet werden kann.
US-A 3,947,621 beschreibt einen Ofen zur Herstellung von geschmolzenem Metall aus teilchenförmigen Metalloxiden, umfassend eine ringförmige Herdsohle, die einen radial gewellten Boden aufweist, der radiale Täler, die durch radiale Rippen beabstandet sind, ausbildet, ein Bett aus teilchenförmigem Koks auf dem Boden und welcher kontinuierlich in der Bodenringrichtung ist, elektrische Mittel zum Erhitzen des Betts zur Weißglut durch einen elektrischen Strom, der durch das Bett in der Richtung geführt wird, Zuführmittel zum Zuführen der Oxide und zusätzlichem, teilchenförmigem Koks zu dem Bett, wobei Oxide durch das glühende Bett zu geschmolzenem Metall reduziert werden, welches in die Täler fließt, und Mittel zum Entfernen des geschmolzenen Metalls aus den Tälern, so daß die Rippen das geschmolzene Metall daran hindern, eine Schmelze zu bilden, welche in der ringförmigen Richtung kontinuierlich ist.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorhergehenden Probleme in dem Stand der Technik durchgeführt und ein Ziel derselben ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die fähig sind, reduziertes Eisen mit geringerem Eintrag von Schlackenbestandteilen und bei hoher Fe-Reinheit auszubilden, ohne daß ein vorangehendes Formen in Klumpen oder Pellets erforderlich ist, und selbst aus einer Eisenoxidquelle niedriger Qualität ebenso wie aus einer Eisenoxidquelle hoher Qualität.
Ein Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, das fähig ist, die vorab genannten Probleme zu überwinden, umfaßt ein Erwärmen eines Pulvergemischs eines Eisenoxidenthaltenden Pulvers und eines Pulvers, das ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel enthält, in einem auf einer Herdsohle abgelegten Zustand, wodurch ein Reduzieren und Schmelzen durchgeführt wird, wobei das auf der Herdsohle abgelegte Pulvergemisch komprimiert bzw. gepreßt und anschließend erwärmt wird, ohne vorher das Pulver in ein Pellet oder eine ähnliche andere Form zu formen.
Wenn die auf den Herd bzw. die Herdsohle gelegte Pulvermischung, nachdem sie in einen kompakten Zustand gepreßt wurde, erhitzt wird, werden die Eisenoxidoberfläche und das kohlenstoffhaltige Reduktionsmitteln in innigeren Kontakt miteinander gebracht, um weiter bevorzugt die Reduktionskapazität bzw. -leistung zu erhöhen.
In einer weiteren Ausführungsform dieses Verfahrens wird die Schicht des gemischten Pulvers bzw. Pulvergemischs unregelmäßig geformt und dann erhitzt. Wenn das gemischte Pulver nach einem Ausbilden einer Unebenheit auf der Oberfläche der gemischten Pulverschicht erhitzt wird, wodurch der Oberflächenbereich erhöht wird, wird die Wärmereduktionseffizienz durch die Vergrößerung der effizienten Heizfläche weiter verbessert.
In einer weiteren Ausführungsform dieses Verfahrens wird zuvor auf dem Herd bzw. der Herdsohle eine Produktfreisetzungs-Förderungsschicht bzw. Produktabtrennungspromotorschicht ausgebildet. In der vorliegenden Erfindung wird das auf den Herd gelegte Pulvergemisch wärmereduziert und, wie oben beschrieben, geschmolzen, wobei das geschmolzene, reduzierte Eisen mit hohem spezifischem Gewicht möglicherweise in direktem Kontakt mit der Herdoberfläche sein kann, um thermisch die Feuerfesteigenschaften auf der Bodenoberfläche zu verschlechtern, oder das reduzierte Eisen wird auf der Herdoberfläche nach einem Austragen der Produkte (reduziertes Eisen und gebildete Schlacke) von der Herdoberfläche nach Reduktion und Schmelzen abgelagert, um möglicherweise die Austragbarkeit zu verhindern. Das Vorsehen der Produktaustrags-Förderschicht, welche auch als ein Wärmeschutz dient, kann ein Austragen bzw. Ausbringen des Produkts von dem Herd bzw. der Herdsohle erleichtern und die Standzeit des Herdes verlängern.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens enthält das gemischte Pulver bzw. Pulvergemisch ferner ein Entschwefelungsmittel. Das in dem gemischten Pulver enthaltene Entschwefelungsmittel fängt den bei der Wärmereduktion und dem Schmelzschritt gebildeten Schwefel ein, um den Schwefelgehalt in dem resultierenden, reduzierten Eisen bevorzugt abzusenken.
Eine Vorrichtung zur Herstellung von metallischem Eisen gemäß der vorliegenden Erfindung, die vorzugsweise für ein Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens verwendet wird, umfaßt: eine bewegliche Herdsohle, einen Zuführmechanismus zum Zuführen eines Pulvergemischs eines Eisenoxid-enthaltenden Pulvers und eines Pulvers, das ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel enthält, auf die Herdsohle, einen Komprimierungsmechanismus zum Verdichten des auf der Herdsohle abgelegten Pulvergemischs, einen Erwärmungsmechanismus zum Erwärmen des Pulvergemischs auf der Herdsohle, einen Austragsmechanismus zum Austragen eines durch Erwärmen reduzierten und geschmolzenen Produkts zu der äußeren Seite der Herdsohle und einen Abtrennmechanismus zum Abtrennen des Produkts in reduziertes Eisen und Schlacke.
Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Vorrichtung umfaßt einen Unebenheits- bzw. Unregelmäßigkeits-Bildungsmechanismus zum Bilden einer Unregelmäßigkeit einer Schicht des Pulvergemischs.
Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Vorrichtung umfaßt einen Bildungsmechanismus für eine Produktabtrennungs- Promotorschicht zum Ausbilden einer Produktabtrennungs- Promotorschicht auf dem Herd bzw. der Herdsohle.
In bevorzugten Ausführungsformen dieser Vorrichtung umfaßt der Herd eine Mehrzahl von Herdeinheiten, die sich entlang einer geschlossenen Schleife bewegen, umfaßt eine Mehrzahl von sich hin- und herbewegenden Herdeinheiten, oder der Herd besteht aus einer Drehscheibenform.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Vorrichtung umfaßt der Herd eine Mehrzahl von Herdeinheiten, die koaxial im Inneren eines horizontal angeordneten, zylindrischen Feuerfestofens rotieren.
In derartigen Ausführungsformen kann eine Serie von Schritten eines Zuführens der Ausgangspulvermischung durch Wärmereduktion und Schmelzens und Austragens der Produkte kontinuierlich ausgeführt werden und dies ist für ein Ausführen der Vorrichtung in einem industriellen Maßstab bevorzugt.
Wie oben in dem Eisenherstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung beschrieben, wird ein gemischtes Pulver bzw. Pulvergemisch aus einem Eisenoxid enthaltenden Pulver und einem ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel enthaltenden Pulver (nachfolgend manchmal als ein Kohlenstoffmaterial bezeichnet) durch ein Erhitzen in einem Zustand reduziert und geschmolzen, in dem es auf einem Herd bzw. einer Herdsohle liegt, wodurch ein metallisches Eisen erhalten wird. Indem die Eisenoxidquelle und das Kohlenstoffmaterial in einem pulverförmigen Zustand verwendet werden, und in diesem Verfahren vermischt werden, ist nämlich ein vorangehendes Formen zu Klumpen oder Pellets nicht mehr erforderlich. Ferner schreitet in diesem Verfahren, da die Eisenoxidquelle und das Kohlenstoffmaterial einer Hitze- bzw. Wärmereduktion in einem gemischten und zueinander in dem pulverförmigen Zustand benachbarten Zustand unterworfen werden, die Wärmereduktion schnell fort und eine Reduktion kann effizient durch eine Wärmebehandlung in einem relativ kurzen Zeitraum durchgeführt werden. Da durch Wärmereduktion gebildetes, reduziertes Eisen aufeinanderfolgend durch ein Erhitzen geschmolzen wird und metallisches Eisen miteinander verschmolzen und agglomeriert wird, während Schlackenbestandteile ausgestoßen werden, kann ferner in diesem Verfahren reduziertes Eisen mit extrem niedriger, eingeschlossener bzw. eingetragener Menge an Schlackenbestandteilen und hoher Reinheit erhalten werden, selbst wenn eine Eisenoxidquelle mit niedriger Qualität verwendet wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine erläuternde Draufsicht auf einen Bereich bzw. Teil einer Vorrichtung, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht einer in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;
Fig. 3 ist eine schematische, erläuternde Draufsicht einer Vorrichtung, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 4 ist eine schematische, vertikale Querschnittsansicht, die in einem vergrößerten Maßstab einen Wärmereduktions- und Schmelzabschnitt und einen Abtrennabschnitt der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung zeigt;
Fig. 5 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in Fig. 3;
Fig. 6 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie C-C in Fig. 3; und
Fig. 7, Fig. 8 und Fig. 10 sind schematische, vertikale Querschnittansichten, die weitere Ausführungsformen der Erfindung zeigen; und
Fig. 9 ist eine schematische Querschnittsansicht von Fig. 8.

Beste Art der Ausführung der Erfindung

Das Verfahren und die Vorrichtung zur Herstellung von metallischem Eisen gemäß der vorliegenden Erfindung werden spezifischer unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Herstellung von metallischem Eisen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, erklärt, jedoch ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann durch eine geeignete Änderung des Designs innerhalb eines Rahmens, der das Wesen der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben ist und wie sie später beschrieben werden soll, nicht verläßt, durchgeführt werden, welche ebenfalls in einem technischen Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt sind.
Fig. 1 und Fig. 2 stellen eine Vorrichtung zur Herstellung von metallischem Eisen gemäß der vorliegenden Erfindung dar, in welchen Fig. 1 eine schematische Draufsicht ist, wobei ein Deckenbereich geöffnet ist, und Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht der Fig. 1 ist. In den Zeichnungen sind ein Heizofen 1, Ausgangsmaterial-Zuführabschnitte 2a, 2b, Herdsohlen- bzw. Herdeinheiten 3a, 3b, Schienen 4 zum Bewegen der Herdeinheiten, ein Brenner 5, der einen Heizmechanismus darstellt, und ein Schmelzabtrennofen 6, der einen entsprechenden Abtrennabschnitt darstellt, gezeigt.
In dieser Ausführungsform, wie sie in den Zeichnungen gezeigt ist, sind paletten- bzw. plattenartige Herdeinheiten 3a, 3b derart angeordnet, daß sie sich auf den Schienen 4 in dem Heizofen 1 hin- und herbewegen können, der in einem zentralen Bereich angeordnet ist, der zwischen den Startmaterial-Zuführabschnitten 2a, 2b gesetzt bzw. eingestellt ist. Ein gemischtes Pulver bzw. Pulvergemisch aus einer Eisenoxidquelle und einem Kohlenstoffmaterial wird bei einem Ausgangsmaterial-Zuführabschnitt 2a (oder 2b) in der Herdeinheit 3a (oder 3b) bis zu einer geeigneten Dicke zugeführt. Die gemischte Pulverschicht bzw. Pulvergemischschicht wird in einen kompakten Zustand gepreßt bzw. verdichtet oder weiter mit einer Unebenheit bzw. Unregelmäßigkeit auf der Oberfläche in Abhängigkeit von dem Fall ausgebildet und dann in den Heizofen 1 bewegt (Fig. 1 zeigt einen Zustand eines Zuführens eines Ausgangsmaterial- Pulvergemischs in die Herdeinheit 3a an dem Ausgangsmaterial-Zuführabschnitt 2a in einem oberen Bereich der Zeichnung und dann ein Bewegen der Einheit 3a zu dem Heizofen 1), in welchem sie durch den Brenner 5 erhitzt wird, um eine Reduktion und ein Schmelzen fortzuführen.
Die Eisenoxidquelle in dem Ausgangsmaterial-Pulvergemisch, das auf der Herdeinheit 3a abgelegt ist und in den Heizofen 1 gesendet wird, erhält Wärme von dem Brenner 5, wird durch das Kohlenstoffmaterial in dem gemischten Pulver und Kohlenmonoxid, das von dem Kohlenstoffmaterial gebildet wird, reduziert und wird weiter erhitzt und geschmolzen, während es durch den Kohlenstoffgehalt von dem benachbarten Kohlenstoffmaterial aufgekohlt bzw. carbonisiert wird. In diesem Verfahren haftet geschmolzenes, reduziertes Eisen aneinander an und agglomeriert, während nebenbei hergestellte Schlackenbestandteile ausgestoßen werden, und wächst schrittweise in große Klumpen aus geschmolzenem, reduziertem Eisen an. Dementsprechend bildet, wenn sie für einen vorbestimmten Zeitraum in dem Heizofen 1 erhitzt werden, das geschmolzene, reduzierte Eisen, das durch die Reduktion gebildet wird und aneinander in der Herdeinheit 3a agglomeriert wird, größere Klumpen. In dem geschmolzenen Klumpen aus reduziertem Eisen haftet geschmolzenes, reduziertes Eisen aneinander an und wird agglomeriert, während die Schlackenbestandteile, wie oben beschrieben, ausgestoßen werden, in welchem nur die Schlackenbestandteile auf der Oberfläche abgeschieden werden, jedoch die Schlackenbestandteile nicht wesentlich in das Innere eindringen.
Nach Vervollständigung der Reduktion und des Schmelzens wird die Herdeinheit 3a durch eine nicht dargestellte, fakultative Kippvorrichtung zu dem Schmelz- und Abtrennofen 6 gekippt bzw. geneigt. Das Produkt wird aus der Herdeinheit 3a zu dem Schmelz- und Trennofen 6 ausgetragen, weiter erhitzt, um die Fluidität in dem Schmelztrennofen 6 zu erhöhen, wenn die Temperatur des Produkts abgesenkt wird, und dann werden reduziertes Eisen Fe und Schlacke S aufgrund des Unterschieds in dem spezifischen Gewicht abgetrennt, um die Schlacke S von dem Oberflächenbereich und das metallische Eisen Fe von dem Bodenbereich abzuziehen.
Die Herdeinheit 3a wird nach Vervollständigung des Austragens des Produkts zu dem Ausgangsmaterial-Zuführbereich 2b, der in einem unteren Bereich von Fig. 1 gezeigt ist, der Herdeinheit 3b bewegt, welche bereits mit dem Ausgangsmaterial an dem Ausgangsmaterial-Zuführbereich 2a versorgt bzw. beschickt und in einen Wartezustand versetzt wurde, wird in den Heizofen 1 zugeführt und das Ausgangsmaterial-Pulvergemisch wird wärmereduziert und auf dieselbe Weise, wie oben beschrieben, geschmolzen. Währenddessen wird das Ausgangsmaterial (gegebenenfalls unter Verdichten oder Ausbilden einer Oberflächenunebenheit) einer weiteren bzw. anderen Herdeinheit in dem Ausgangsmaterial-Zuführbereich 2b, der in einem unteren Bereich der Zeichnung gezeigt ist, zugeführt und wird für das nächste Wärmereduzieren und Schmelzen in einem Wartezustand gehalten. Dann wird nach Austragen des reduzierten Produkts von der Herdeinheit, das durch Wärmereduktion im Schmelzofen 1 vervollständigt ist, die Herdeinheit zu einem oberen Bereich der Zeichnung bewegt und aus dem Heizofen 1 ausgebracht, während die Herdeinheit, die in dem Wartezustand in dem Ausgangsmaterial-Zuführbereich 2b gehalten wurde, in den Startofen 1 geführt bzw. geschickt wird. Indem die Arbeitsweisen bzw. Vorgänge wiederholt werden, kann das Ausgangsmaterial-Pulvergemisch intermittierend kontinuierlich wärmereduziert und geschmolzen werden.
Wenn das Verfahren ausgeführt wird, enthalten aus dem Heizofen 1 ausgetragene Abgase merkbare bzw. beträchtliche Mengen an Wärme und brennbaren Gasen (Kohlenmonoxid und dgl.), wenn die Abgase als der Brennstoff für den Brenner 5 rückgeführt werden, können sie zu der Ökonomisierung der Brennstoffkosten beitragen, oder sie können effizient als eine Wärmequelle oder als ein Brennstoff für Nachbareinrichtungen bzw. -anlagen verwendet werden.
Zum Herstellen des Ausgangsmaterial-Pulvergemischs beim Ausführen des Verfahrens wird ein Kohlenstoffmaterial in einer über der theoretisch erforderlichen Menge für die Reduktion von Eisenoxiden, die eine Eisenoxidquelle enthalten, liegenden Menge vermischt und es ist bevorzugter, die vermischte Menge des Kohlenstoffmaterials so zu regeln, um "erforderliche Menge für die Reduktion des Ausgangsmaterial-Eisenoxids + erforderliche Menge für die Aufkohlung des reduzierten Eisens + Menge für Oxidationsverlust" zu erfüllen. Wenn das reduzierte Eisen, das im Wärmereduktionsschritt gebildet wird, in der wärmereduzierenden Atmosphäre aufgekohlt bzw. carbonisiert wird, wird der Schmelzpunkt abgesenkt, um die Abtrennung von den Schlackenbestandteilen weiter zu erleichtern. Daher ist es wünschenswert, die Zumischmenge des Kohlenstoffmaterials relativ zu dem Ausgangsmaterial-Eisenoxid zu steuern bzw. zu regeln, während eine theoretische Menge, die für die Reduktion erforderlich ist, und eine Aufkohlungsmenge, die oben beschrieben ist, und ferner die Menge für Oxidationsverluste in dem Wärmeofen berücksichtigt werden.
Das Ausgangsmaterial-Pulvergemisch wird auf die Herdeinheit in einer geeigneten Dicke gelegt. Die Dicke kann geeignet bestimmt werden, während die Konstitution, die Größe und die Heizeffizienz bzw. -leistung der individuellen Herstellungsvorrichtung berücksichtigt werden, und eine bevorzugte Dicke für ein schnelles Erhitzen der Pulvergemischschicht bis zum Inneren und eines effizienten Durchführens der Reduktion und des Schmelzens liegt von 10 bis 300 mm und allgemein von 20 bis 100 mm.
Das Ausgangsmaterial-Pulvergemisch kann in einer im wesentlichen identen Dicke über die gesamte Oberfläche der Herdsohleneinheit gelegt sein oder es ist geeignet in einen kompakten Zustand durch eine Komprimier- bzw. Preßvorrichtung in einen kompakten Zustand, wie oben beschrieben, gepreßt bzw. verdichtet, kann mit einer Unebenheit bzw. Unregelmäßigkeit auf der Oberfläche ausgebildet sein, um die effiziente Heizfläche zu vergrößern, oder kann auf der Herdeinheit jeweils in einer geeigneten Form, wie einer trapezartigen Form, an einer Mehrzahl von Positionen mit einem geeigneten Abstand angeordnet werden. Der Ausdruck "auf den Herd gelegt" in der vorliegenden Erfindung umfaßt auch derartige Anordnungen für das Anordnen.
Demgegenüber kann das Ausgangsmaterial-Pulvergemisch, das auf die Herdeinheit gelegt ist, lediglich gleichmäßig in der Dicke durch einen geeigneten Einebnungsmechanismus geformt sein kann. Das Pulver wird in einen kompakten Zustand beispielsweise durch eine Preßwalze komprimiert bzw. verdichtet, so daß Eisenoxid und Kohlenstoffmaterial in innigeren Kontakt gebracht werden, da die Reduktionseffizienz weiter erhöht werden kann. Ein Pressen in einen kompakten Zustand bedeutet hier, daß die Pulverausgangsmischung gepreßt wird und verfestigt wird, während der Zwischenkornabstand des Ausgangsmaterialpulvers enger wird. Dies unterscheidet sich wesentlich von dem beispielsweise in der japanischen Offenlegung Hei 9-256017 beschriebenen Stand der Technik, in welchem das Pulver vorab in Klumpen oder Pellets unter Verwendung eines Bindemittels oder mittels eines Sinterns geformt wird.
Durch Anwenden der Preßbehandlung wird, wenn eine Unebenheit auf der Oberfläche der gepreßten Schicht für eine Vergrößerung des Oberflächenbereichs ausgebildet ist, da Wärme von oben effizient in das Innere der Pulvergemischschicht übertragen werden kann und eine Freisetzung von durch die Reduktionsreaktion gebildetem CO&sub2; ebenso beschleunigt werden kann, die Reduktionseffizienz weiter verbessert. Es gibt keine spezielle Beschränkung betreffend die Form der Unebenheit, wobei sie jedoch in einer optimalen Form, wie einer linearen, gewellten oder in gitterartiger Form, vorliegen kann. Wenn die Unebenheit ausgebildet ist, um die gepreßte Schicht in einer gitterartigen Konfiguration einer geeigneten Größe zu unterteilen, wird metallisches Eisen, das durch eine Wärmereduktion in jedem Gitter ausgebildet wird, in einen geschmolzenen Klumpen agglomeriert und als ein geschmolzener, metallischer Eisenklumpen mit im wesentlichen gleichmäßiger bzw. einheitlicher Größe ausgebildet, so daß eine nachfolgende Behandlung (Abtrennen durch Sieben von dem Schlackebestandteil) vorzugsweise leicht standardisiert werden kann.
Es gibt keine spezielle Beschränkung betreffend die Arbeitstemperatur bei der Hitzereduktion, unter der Voraussetzung, daß die Temperatur höher als das Niveau ist, das fähig ist, metallisches Eisen oder sein Aufkohlungsprodukt, das durch Reduktion gebildet wird, zu schmelzen. Um effizient die Wärmereduktion durchzuführen, während der thermische Abbau der Feuerfestauskleidungen des Heizofens 1 oder der Herdeinheit minimiert werden, liegt sie in einem Bereich von 1350 bis 1550ºC und bevorzugter von 1400 bis 1500ºC.
Fig. 3 bis Fig. 6 zeigen eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher Fig. 3 eine schematische Draufsicht ist, Fig. 4 eine schematische, vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs A in Fig. 3 ist, Fig. 5 und Fig. 6 jeweils schematische Querschnittsansichten entlang der Linien B-B bzw. C-C in Fig. 3 sind.
In der Vorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Herdsohlen- bzw. Herdeinheiten 3, 3, ... auf einem sich bewegenden bzw. Bewegungsmechanismus angeordnet, der sich drehbar kontinuierlich entlang einer kursartigen, geschlossenen Schleife bewegt, in welcher jeder der Vorgänge für das Ausgangsmaterial-Pulvergemisch, bestehend aus: Zuführen → Pressen in einen kompakten Zustand (ferner Ausführungsform einer Unebenheit) → Hitzereduktion und Schmelzen → Austragen von Produkten kontinuierlich im Verlauf einer Rotationsbewegung entlang der kursförmigen Schleife ausgeführt werden kann.
Spezifisch sind in Fig. 3 jeweils Ausgangsmaterial-Zuführabschnitte 7a, 7b, Preßabschnitte (oder weitere Unebenheiten ausbildende Abschnitte) 8a, 8b, Wärmereduktionszonen D und E und Produktaustragsabschnitte 9a, 9b gezeigt, in welchen die kursartige Schleife derart unterteilt bzw. halbiert ist, daß zwei Stufen einer Wärmereduktion und eines Schmelzens kontinuierlich in einer Schleife ausgeführt werden können.
Das Ausgangsmaterialpulver, das auf die Herdeinheit 3 an den Startmaterial-Zuführbereichen 7a, 7b zugeführt wird, wird in einen kompakten Zustand in den Komprimier- bzw. Preßabschnitten 8a, 8b gepreßt, dann zu den Heizzonen D, E zugesandt und erhält Wärme von einem Heizmechanismus, wie einem Brenner 5, in den Bereichen D, E, um mit der Wärmereduktion fortzufahren. Dann wird die Herdplatte bzw. -palette 3, welche an den Austragsbereichen 9a, 9b nach Vervollständigung der Reduktion und des Schmelzens anlangt, durch eine fakultative Schwenk- bzw. Neigevorrichtung, wie in Fig. 4 und 6 gezeigt, gekippt, wodurch die Produkte an der Innenseite bzw. im Inneren (Reduktions- und Schmelzprodukt) in einen Schmelz- und Trennofen 6 ausgebracht werden und das reduzierte Eisen Fe und die gebildete Schlacke S sukzessive aufgrund des Unterschieds in dem spezifischen Gewicht getrennt werden.
Ferner sind in dieser Ausführungsform, wie dies in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigt ist, sekundäre Ausgangsmaterial- Zuführbereiche 10a, 10b jeweils an einer Zwischenposition der Heizzone D und E so vorgesehen, daß das Ausgangsmaterial-Pulvergemisch sekundär an diesem Bereich zugeführt werden kann. D. h., selbst wenn das Ausgangsmaterial, das als die Pulvermischung zugeführt wurde, zuvor einem Pressen unterworfen wurde, wird das Volumen desselben auf etwa eine Hälfte bis ein Drittel durch das Brennen des Kohlenstoffmaterials und die Reduktion des Eisenoxids in dem Wärmereduktions- und Schmelzschritt reduziert. Wenn der Betrieb, wie er ist, fortgesetzt wird, kann daher die effiziente Verfahrensleistung der Herdeinheit 3 (Innenvolumen) nicht vollständig in der letzteren Hälfte der Wärmereduktion ausgenützt werden. Dementsprechend ist es extrem effizient für eine Verbesserung der Produktivität, zusätzlich das Ausgangsmaterial-Pulvergemisch in einer Menge entsprechend dem reduzierten Volumen von den zweiten Zuführbereichen 10a, 10b zu dem Zeitpunkt, wo das Volumen des Ausgangsmaterial- Pulvergemischs in jeder der Herdeinheiten 3 während der Wärmereduktion, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist, verringert wird, zuzuführen bzw. zu beladen und nachfolgend die Wärmereduktion fortzusetzen.
Fig. 7 ist eine schematische, vertikale Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, in welcher eine Mehrzahl von Herdeinheiten 3, 3, ... an eine raupenartige Drehantriebsvorrichtung festgelegt bzw. gesichert sind, in welcher eine Serie von Schritten für das Ausgangsmaterial-Pulvergemisch, bestehend aus Zuführen → Pressen in einen kompakten Zustand → Hitzereduktion und Schmelzen → Austragen der Produkte kontinuierlich entlang der geschlossenen Schleife durchgeführt werden. D. h., wie dies in der Zeichnung gezeigt ist, es wird das Ausgangsmaterial von einem Ausgangsmaterial- Zuführbereich 7 am linken Ende in dem oberen Bereich der geschlossenen Schlaufe auf die Herdeinheit 3 zugeführt, das Ausgangsmaterialpulver wird durch eine Preßwalze 8 gepreßt und gegebenenfalls mit einer Unebenheit bzw. Unregelmäßigkeit ausgebildet und nachfolgend zu einem Heizabschnitt 1 gesandt und erhitzt, welcher einen Heizmechanismus, wie Brenner 5, aufweist, durch welche eine Reduktion und ein Schmelzen auf dieselbe Weise wie in der zuvor dargestellten Ausführungsform durchgeführt werden. Dann wird das Produkt durch einen Kühlmechanismus 12, der stromabwärts zu dem Heizabschnitt angeordnet ist, gekühlt, und wenn das Produkt das rechte Ende von Fig. 7 erreicht, wird die Herdeinheit 3 in Übereinstimmung mit der Drehung derselben geneigt und das Produkt wird von der Herdeinheit 3 abgeschält und fällt aufgrund seines eigenen Gewichts spontan nach unten. Dementsprechend kann das Produkt an einem weiter unten liegenden Ort empfangen, pulverisiert und dann in metallisches Eisen und Schlacke beispielsweise durch Magnetselektion getrennt werden.
Beim Ausüben dieses Verfahrens ist es notwendig, daß das Produkt leicht von der Herdeinheit 3 abgeschält und hinunterfallen kann. Zu diesem Zweck ist ein Produktabtrenn- bzw. Produktlöse-Promotorzufuhrbereich 13 in dem unteren Bereich der geschlossenen Schleife angeordnet, und die Produktlöse-Unerstützungseinrichtung, wie eine MgO-Flüssigsuspension, wird auf einer empfangenden Oberfläche der Herdeinheit 3 bei der Position in dieser Ausführungsform angeordnet. Der Bodenabtrennpromotor erleichtert ein Abschälen des Produkts von der Oberfläche der Herdeinheit, wie oben beschrieben, und es besteht keine spezielle Beschränkung betreffend die Art des Promotors, solange er vorzugsweise eine Verbindung, die einen Schmelzpunkt höher als jener des reduzierten Eisens oder der reduzierten Schlacke aufweist, oder eine Verbindung umfaßt, die in die gebildete Schlacke eindringt, um den Schmelzpunkt der Schlacke zu erhöhen. Im Hinblick auf den Produktablöse-Unterstützungseffekt und die Kosten sind am meisten bevorzugt Metalloxide, wie MgO, CrO, Al&sub2;O&sub3;, oder diese enthaltende Mischoxide. Eine Abscheidung bzw. Anlagerung des Produktfreisetzungspromotors auf der Oberfläche der Herdeinheit ist bevorzugt, da das Produkt von dem Boden, wie oben beschrieben, gelöst werden kann und der thermische Abbau bzw. die thermische Degradation der Oberfläche der Herdeinheit ebenfalls unterdrückt werden, um die Arbeitsdauer bzw. Standzeit zu erhöhen. Ferner kann der Produktabtrennpromotor auch in einer pulverförmigen Form vor dem Ausgangsmaterialpulver-Zuführbereich zusätzlich zu der dargestellten Ausführungsform zugeführt werden.
Auch in der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform ist es effizient, Abgase, die von dem Wärmereduktions- und Schmelzabschnitt durch eine Leitung 14 ausgetragen werden, zurückzugewinnen und nützt effizient Wärme, die darin enthalten ist, oder brennbare Gase, die in den Abgasen enthalten sind, als Wärmeenergie oder Brennstoff zu nützen.
Fig. 8 und Fig. 9 sind eine schematische, vertikale Schnittansicht bzw. eine schematische Querschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustrieren, die eine Vorrichtung zum Durchführen einer Wärmereduktion und eines Schmelzens auf einem scheibenartigen Herd 3 zeigt, der in einem Ofen rotiert, der in eine kuppelartige Form ausgebildet ist.
Die Vorrichtung weist eine Konstruktion bzw. Ausführungsform auf, in welcher der scheibenförmige Herd 3 ähnlich einem Drehtisch in einem kuppelförmigen Heizofen 1 rotiert, in welchem ein Ausgangsmaterial-Pulvergemisch von einem Ausgangsmaterial-Zuführbereich 7 zugeführt wird, die Mischung durch eine Preßwalze 8 gepreßt wird und eine Reduktion und ein Schmelzen durch die Hitze von Brennern 5 durchgeführt wird. Dann wird nach einem Kühlen des Reduktionsprodukts in einer Kühlzone 12 das Produkt durch schraubenartige Austragsmittel 15, die stromabwärts angeordnet sind, ausgetragen, während es von einer Bodenoberfläche abgeschält wird, und die Schlackenbestandteile und das reduzierte Eisen werden durch ein Sieb oder eine Magnetabscheidungsvorrichtung, die nicht dargestellt sind, getrennt. Auch bei Ausführung dieses Verfahrens ist es wichtig, einen Produktablösepromotor für das Fördern bzw. Unterstützen der Produktablösung und für ein Unterdrücken einer thermischen Verschlechterung des Herdes unmittelbar stromaufwärts von dem Ausgangsmaterial-Zuführbereich 7 zu beschichten oder aufzusprühen, ebenso wie eine Unebenheit auf der Oberfläche der gepreßten Schicht durch einen Teil der Preßwalze 8 ausgebildet wird, um die Wärmereduktionseffizienz zu verbessern und ferner effizient die Abgase von dem Heizbereich zu nutzen.
In Fig. 10 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert, die eine Mehrzahl von Herdeinheiten 3a, 3b, 3c, ... umfaßt, die koaxial entlang einer horizontalen Richtung in einem zylindrischen Feuerfestofen A rotieren und die eine Struktur aufweisen, daß sie durch eine fakultative Antriebsquelle entlang der inneren Umfangswand des Feuerfestofens A gedreht werden. Ein Ausgangsmaterial-Zuführbereich 7 und ein Produktaustragsbereich 9 sind an beliebigen Positionen des Feuerfestofens A vorgesehen und ein Vorerhitzbrenner 5a direkt vor der Ausgangsmaterial-Zuführposition, Heizbrenner 5b, 5b, ..., die stromabwärts davon in der Rotationsrichtung angeordnet sind, und ein Blaskühlabschnitt 12a, der weiter stromabwärts dazu angeordnet ist, sind entlang der Drehrichtung der Herdeinheit angeordnet.
Wenn die Reduktion und das Schmelzen unter Verwendung der Vorrichtung ausgeführt werden, wird ein Ausgangsmaterial- Pulvergemisch von dem Ausgangsmaterial-Zuführbereich 7 in den Ofen A geladen, bis die Herdeinheit 3a, die durch einen Vorheizbrenner 5a vorerhitzt ist, gedreht ist und den Ausgangsmaterial-Zuführbereich 7 erreicht. Das geladene Ausgangsmaterial-Pulvergemisch erhält Hitze von dem Brenner 5b, während es auf der Herdeinheit 3a angeordnet rotiert wird und sukzessive reduziert wird, um reduziertes Eisen zu bilden, während die Schlackenbestandteile sukzessive abgetrennt werden. Dann wird weiter stromabwärts ein kalter Strom von einem Blaskühlabschnitt 12 eingebracht, um das metallische Eisen und den Schlackenbestandteil zu kühlen und zu verfestigen, die durch Reduktion und Schmelzen gebildet wurden, welche dann von einem Produktaustragsbereich 9 sukzessive aus dem Ofen A ausgetragen werden, um das metallische Eisen und Schlackenbestandteile beispielsweise durch eine Magnetscheidung zu trennen. Das reduzierte Eisen kann kontinuierlich durch ein kontinuierliches Durchführen der Arbeitsweise von dem Ausgangsmaterial-Pulvergemisch durchgeführt werden, bestehend aus: Laden → Wärmereduktion und Schmelzen → Kühlen und Verfestigen → Austragen → Trennung von metallischem Eisen.
Während ein Beispiel eines einmaligen Kühlens und Verfestigens des metallischen Eisen, das durch Reduktion und Schmelzen in dem Ofen A gebildet wurde, und dann Austragen desselben aus dem Ofen A gezeigt ist, ist es auch effizient, den Heizbrenner auch zu dem Blaskühlbereich in der dargestellten Ausführungsform anzuordnen, das reduzierte Eisen und die Schlackenbestandteile insgesamt in dem Bereich zu schmelzen, und sie dann in einem geschmolzenen Zustand aus dem Austragsbereich 9 auszutragen.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wurden wie oben beschrieben ausgebildet. Das herausragendste Merkmal der Erfindung ist es, unter Erhitzen eine Mischung der Eisenoxidquelle und des kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels in einem pulvrigen Zustand, wie oben beschrieben, zu reduzieren, und das resultierende, reduzierte Eisen wird in einem geschmolzenen Zustand von den Schlackenbestandteilen abgetrennt, wodurch es fähig ist, das Eintragen von Schlackenbestandteilen in das metallische Eisen zu unterdrücken, um reduziertes Eisen mit hoher Fe- Reinheit zu erhalten. Durch die Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung wird reduziertes Eisen von extrem hoher Fe-Reinheit, beispielsweise 95% oder höher, und ferner 98 % oder höher für den Fe-Gehalt selbst aus einer Eisenoxidquelle niedriger Qualität mit geringem Eisenoxidgehalt ebenso wie aus einer Eisenoxidquelle mit hoher Qualität erhalten. Dementsprechend kann die vorliegende Erfindung effizient die Fe-Komponente auch aus ausgebrachten bzw. verworfenen Abfällen, enthaltend eine geringe Menge an Eisenoxiden, beispielsweise aus Schmelzofenstäuben, rückgewinnen. Ferner ist es auch effizient, um die Rückgewinnungsrate der Fe-Komponente durch Rezyklieren von abgetrennter Schlacke als das Ausgangsmaterial und ferner Rückgewinnen der Eisenoxidkomponente, die in einer geringen Menge in die Schlacke eingemischt ist, zu verbessern.
Hiebei ist als das kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel, das in Mischung mit der Eisenoxidquelle verwendet wird, ein Kohlepulver oder ein Kokspulver am üblichsten. Da eine bemerkenswerte Menge an Schwefel darin enthalten ist, kann es jedoch eine Sorge sein, daß eine merkbare Menge an Schwefel in das reduzierte Eisen, das in dem Wärmereduktionsschritt gebildet wurde, eingemischt ist, um die Entschwefelungslast in dem nachfolgenden Raffinierschritt zu erhöhen. Wenn die vorliegende Erfindung ausgeübt wird, wenn ein Entschwefelungsmittel, enthaltend beispielsweise Calciumcarbonat, Natriumcarbonat oder Calciumchlorid, in einer geeigneten Menge in das Ausgangsmaterial-Pulvergemisch eingebracht ist, so daß der Schwefelgehalt, der in dem Wärmereduktionsschritt gebildet wird, durch das Entschwefelungsmittel gefangen und abgetrennt und gemeinsam mit der Schlacke entfernt werden kann, ist es jedoch möglich, auch den Schwefelgehalt in dem resultierenden, reduzierten Eisen so niedrig wie möglich zu reduzieren.

Beispiel

Die Zusammensetzung bzw. Konstruktion ebenso wie die Funktion und der Effekt der vorliegenden Erfindung werden konkreter unter Bezugnahme auf Beispiele erklärt. Es sollte jedoch festgehalten werden, daß die vorliegende Erfindung nicht durch unten angeführte Beispiele beschränkt wird und mit geeigneten Abwandlungen oder Änderungen innerhalb eines Rahmens in Übereinstimmung mit dem Wesen, wie zuvor beschrieben und später zu beschreiben, durchgeführt werden kann, wobei alle innerhalb des technischen Rahmens der vorliegenden Erfindung liegen.

Beispiel 1

Ein Eisenoxidpulver und ein Kohlepulver jeweils der folgenden Zusammensetzung wurden homogen in dem folgenden Verhältnis vermischt und das gemischte Pulver (mittlere Korngröße: 35 um) wurde auf ein feuerfestes Tablett bzw. eine feuerfeste Schale mit 100 mm · 40 mm Dicke gelegt, welche in einen Elektroofen geladen wurden und auf 1400ºC in einer Stickstoffgasatomsphäre erhitzt wurden, und die Änderung des gemischten Pulvers wurde durch ein Fenster beobachtet.
Als ein Ergebnis verlief eine Reduktion der Eisenerze mit dem Verlauf der Zeit, reduziertes, geschmolzenes Eisen wurde punktweise ausgebildet und dann abgeschieden und sukzessive agglomeriert und nach einem Ablauf von etwa 50 min in eine Mehrzahl von Klumpen reduzierten Eisens und Schlacke in einem geschmolzenen Zustand getrennt. Nachfolgend wurden sie gekühlt und das Tablett wurde aus dem Elektroofen herausgenommen, um eine Mehrzahl von metallischen Eisenklumpen mit metallischem Glanz und schwarze Schlacke der folgenden Inhaltszusammensetzungen zu ergeben.
Ausgangsmaterial-Pulvergemisch
Eisenoxidpulverzusammensetzung (Gew.-%)
T.Fe: 69,4%, FeO: 30,1%, SiO&sub2;: 1,75%, Al&sub2;O&sub3;: 0,49%, CaO: 0,45 %
Kohlepulverzusammensetzung (Gew.-%)
fixierter Kohlenstoff: 68,5%, flüchtige Komponente: 21,4%, Asche: 10,1%
Eisenoxidpulver : Kohlepulver = 76,9% : 23,1 % Produktzusammensetzung (Gew.-%)
Klumpen aus reduziertem Eisen
T.Fe: 96,75%, FeO: 0,31%, M.Fe: 96,39% Gesamtkohlenstoff: 2,22%, Metallisierung: 99,63% Schlacke
T.Fe: 5,15%, FeO: 0,56%, M.Fe: 4,58%, SiO&sub2;: 44,63%, Al&sub2;O&sub3;: 19,18%, CaO: 10,38%

Beispiel 2

Ein gemischtes Pulver, das durch homogenes Mischen desselben Eisenerzpulvers und des Kohlepulvers, wie in Beispiel 1 verwendet, in einem identen Verhältnis (mittlere Korngröße 35 um) hergestellt wurde, wurde durch die Anzahl von 9 auf einem Feuerfesttablett in einem Zustand angeordnet, der jeweils in einer trapezförmigen Form (obere Oberfläche 20 mm · untere Oberfläche 35 mm · 30 mm Dicke) kompaktiert wurde, welche in einen Elektroofen geladen wurde und auf 1400ºC in einer Stickstoffgasatmosphäre erhitzt wurde, und die Änderung des gemischten Pulvers wurde durch ein Sichtfenster beobachtet.
Als ein Ergebnis verlief eine Reduktion der Eisenerze im Verlauf der Zeit, reduziertes, geschmolzenes Eisen wurde punktweise ausgebildet und dann abgeschieden und auf allen neun Blöcken sukzessive agglomeriert, und nach einem Verstreichen von etwa 17 min wurden neun geschmolzene Klumpen aus geschmolzenem Eisen ausgebildet. Nachfolgend wurden, wenn sie gekühlt wurden und das Tablett aus dem Elektroofen unter Kühlen herausgenommen wurde, neun Klumpen aus metallischem Eisen mit metallischem Glanz und schwarze Schlacke in der folgenden Zusammensetzung erhalten.
Produktzusammensetzung (Gew.-%)
Klumpen aus reduziertem Eisen
T.Fe: 96,35%, FeO: 0,30%, M.Fe: 95,96% Gesamtkohlenstoff: 2,75%, Metallisierung: 99,59% Schlacke
T.Fe: 10,66%, FeO: 2,37%, M.Fe: 8,57%, SiO&sub2;: 49,42%, Al&sub2;O&sub3;: 17,40%, CaO: 9,51%

Industrielle Ausnützung bzw. Ausbeutung

Wie oben beschrieben, kann reduziertes Eisen mit hoher Fe- Reinheit extrem einfach und effizient durch Wärmereduzieren und Schmelzen eines gemischten Pulvers aus einer Eisenoxidquelle und einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel in einem kompaktierten Zustand erhalten werden. Da insbesondere ein Vorabformen zu einem Klumpen oder einer Pelletform, wie bei dem direkten Reduktionseisenherstellungsverfahren, das allgemein gegenwärtig durchgeführt wird, überhaupt nicht erforderlich ist und zusätzlich die Reduktionsreaktion schnell in einem Zustand fortschreitet, in welchem die Eisenquelle und das Reduktionsmittel in innigen Kontakt miteinander gebracht werden können, ist die Reduktionseffizienz extrem hoch. Da das durch Reduktion gebildete, reduzierte Eisen anhaftet und in einem geschmolzenen Zustand miteinander agglomeriert wird, während die Schlackenbestandteile ausgestoßen werden, kann ferner reduziertes Eisen mit geringerer Einschlußmenge an Schlackenbestandteilen und extrem hoher Fe-Reinheit einfach selbst unter Verwendung einer Eisenoxidquelle mit niedriger Eisenqualität ebenso wie unter Verwendung einer Eisenoxidquelle mit hoher Eisenqualität erhalten werden. Daher ist es möglich, effizient die Eisenkomponenten aus Rohmaterialien von Eisenerzen mit niedriger Qualität, welche bis dato als nicht verwendbar als das Material für eine direkte Eisenherstellung in einem industriellen Maßstab betrachtet wurden, ebenso wie aus Abfallmaterialien, beispielsweise Abfallmaterialien mit niedrigerem Eisengehalt, die als Schmelzofenstaub ausgetragen werden, rückzugewinnen.
Ferner ermöglicht eine Verwendung der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine kontinuierliche, direkte Eisenherstellung durch ein Verfahren unter Verwendung einer pulverförmigen Ausgangsmaterialmischung und kann einer Massenproduktion in einem industriellen Maßstab einfach genügen.
Die gesamte Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. 9-291378, die am 23. Oktober 1997 hinterlegt wurde, umfassend Beschreibung, Ansprüche, Zeichnungen und Zusammenfassung, ist hier als Bezug in ihrer Gesamtheit enthalten.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von metallischem Eisen, welches das Erwärmen eines Pulvergemischs eines Eisenoxid enthaltenden Pulvers und eines Pulvers, das ein kohlenstoffhaltiges Reduktionmittel enthält, in einem auf einer Herdsohle abgelegten Zustand umfaßt, wodurch das Reduzieren und das Schmelzen durchgeführt wird, wobei das auf der Herdsohle abgelegte Pulvergemisch komprimiert und anschließend erwärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Schicht des Pulvergemischs unregelmäßig geformt und anschließend erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Produktabtrennungspromotorschicht zuvor auf der Herdsohle durch Aufbringen eines Produktabtrennungspromotors, welcher ein Metalloxid von irgendeinem von MgO, CaO und Al&sub2;O&sub3; und diese enthaltende Mischoxide umfaßt, gebildet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Pulvergemisch ferner ein Entschwefelungsmittel enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das reduzierte Eisen durch einen Kühlmechanismus gekühlt und verfestigt wird, um dadurch metallische Eisenstücke zu erhalten.

6. Vorrichtung zur Herstellung von metallischem Eisen, umfassend:

eine bewegliche Herdsohle,

einen Zuführmechanismus zum Zuführen eines Pulvergemischs eines Eisenoxid-enthaltenden Pulvers und eines Pulvers, das ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel enthält, auf die Herdsohle,

einen Komprimierungsmechanismus zum Verdichten des auf der Herdsohle abgelegten Pulvergemischs,

einen Erwärmungsmechanismus zum Erwärmen des Pulvergemischs auf der Herdsohle,

einen Austragsmechanismus zum Austragen eines durch Erwärmen reduzierten und geschmolzenen Produkts zu der äußeren Seite der Herdsohle und einen Abtrennmechanismus zum Abtrennen des Produkts in reduziertes Eisen und Schlacke.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, umfassend ein Unregelmäßigkeits- Bildungsmechanismus zum Bilden einer Unregelmäßigkeit einer Schicht des Pulvergemischs.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, umfassend einen Bildungsmechanismus für die Produktabtrennungspromotorschicht zum Bilden einer Produktabtrennungspromotorschicht auf der Herdsohle durch Aufbringen eines Produktabtrennungspromotors, umfassend ein Metalloxid von irgendeinem von MgO, CaO und Al&sub2;O&sub3; und diese enthaltende Mischoxide.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Herdsohle eine Vielzahl von Herdsohleneinheiten umfaßt, die sich entlang einer geschlossenen Schleife bewegen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Herdsohle eine Vielzahl von sich hin- und herbewegenden Herdsohleneinheiten umfaßt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Herdsohle eine rotierende Scheibenform aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Herdsohle eine Vielzahl von Herdsohleneinheiten umfaßt, die koaxial im Inneren eines horizontal angeordneten zylindrischen Feuerfestofens rotieren.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, welche ferner einen am stromabwärts gelegenen Ende des Erwärmungsmechanismus angeordneten Kühlmechanismus umfaßt.