DE69809883T2

DE69809883T2 - Verfahren und Vorrichtung zur schnellen Reduktion von Eisenerzen in einem Drehherdofen

Info

Publication number: DE69809883T2
Application number: DE69809883T
Authority: DE
Inventors: Thomas H. Boyd; James A. Lepinski; David Charles Meissner; Jimmy D. Sloop
Original assignee: Midrex Technologies Inc
Current assignee: Midrex Technologies Inc
Priority date: 1994-12-16
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 2003-10-09
Anticipated expiration: 2018-03-19
Also published as: EP0947586A1; WO1999046410A1; TW442573B; US5730775A; ES2189022T3; AU6760598A; ATE229084T1; CA2232275C; EP0947586B1; DE69809883D1; CA2232275A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erreichen einer schnellen und wirksamen Reduktion von Eisenoxid in einem Drehherdofen.
Alle vorhergehenden Patente und die Literatur, die die Direktreduktion von Eisenoxid in einem Drehherd abdecken (Heat Fast, Inmetco und Zia) haben eine Vorheizzone mit einer niedrigen bis mittleren Temperatur (unter etwa 1315ºC) in dem Drehherdofen (der hierin nachfolgend auch als RHF = rotary hearth furnace bezeichnet wird) aufgenommen, um die Pellets zu trocknen und von flüchtigen Bestandteilen zu befreien, um Pelletabblättern zu vermeiden. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, daß es die Produktivität verringert, aufgrund der langen Zeit, die die Pellets benötigen, um die optimale Reduktionstemperatur zu erreichen.
Die Anmelder kennen die folgenden US-Patente, die sich auf Drehherdöfen beziehen, die bei der Direktreduktion von Eisenerz verwendet werden.
Beggs US 3,443,931 lehrt ein Verfahren zum Metallisieren von Preßlingen aus Eisenoxid, die ein kohlenstoffhaltiges Material umfassen. Die Preßlinge werden gebildet, getrocknet und bei einer Temperatur zwischen 1600 und 1800ºF (871 und 982ºC) vorgehärtet. Die Pellets werden darin schnell erwärmt durch Aussetzen der Preßlinge einer Strahlungswärmequelle, die eine Umgebung bei einer Temperatur zwischen 2300 bis 2600ºF (1260 bis 1427ºC) für eine ausreichend lange Zeit erzeugt, so daß in den Preßlingen eine Liquidusphase gebildet wird. Nachdem die Liquidusphase gebildet ist neigen die Preßlinge dazu, zu schrumpfen, und werden unmittelbar abgekühlt, indem sie einer kalten Umgebung ausgesetzt werden.
Beggs, US 3,452,972 lehrt eine Vorrichtung für einen feuerfesten Herdofen, der Wüstit (FeO) als ein Bestandteil aufweist, und das Verfähren zum Herstellen eines solchen feuerfesten Herdes. Der betreffende Ofenherd hat eine besondere Verwendbarkeit bei der Verarbeitung von eisenoxidenthaltendem Material, and ist in der Lage, ein solches Material während der Reduktion desselben zu unterstützen, ohne während dem Prozeß zerstört zu werden.
Holley, US 3,836,353 lehrt ein Verfahren zum Wiedergewinnen von Eisen- und Oxid-Unreinheiten aus Stahlofenstaub, wobei der Staub zunächst mit fein unterteiltem Koks gemischt wird und diese Mischung dann pelletisiert wird. Die Grünpellets, die dadurch gebildet werden, werden über eine Schicht von gebrannten Pellets auf einem Drehherd aufgebracht, der die Pellets nacheinander zunächst durch eine Trockenzone, dann durch eine Anfangserwärmungszone, in der die Pellets allmählich auf eine Temperatur erhöht werden, bei der der Koks zu brennen beginnt, dann durch eine Dekontaminationszone, in der die Pellettemperatur schnell auf eine Stufe erhöht wird, bei der Zink, Blei und Schwefelunreinheiten verdampfen, und bei der diese Unreinheiten als Oxide entfernt und gesammelt werden, und schließlich werden die Pellets durch eine Reoxidations- und Härtungszone geführt, in der die Temperatur derselben weiter auf eine ausreichende Stufe erhöht wird, und für eine ausreichend lange Zeitperiode gehalten wird, um das Wachstum von Körnern eines Eisenoxids auf der Oberfläche der Pellets zu ermöglichen, und somit festgebundene Pellets zu bilden, die nicht miteinander verschmolzen sind.
Hanewald u. a., US 4,597,564 lehrt einen Drehherd, der angepaßt ist, um sich in einer horizontalen Ebene zu drehen, mit einer oberen Oberfläche, die aus einem lockeren granularen feuerfesten Material hergestellt ist, vorzugsweise todgebranntes Dolomitkorn.
MacDougall u. a., US 4,622,905 lehrt eine Verbesserung bei dem Brennen von Objekten auf der oberen Oberfläche eines undurchlässigen. Drehherds in einem direkt gefeuerten Drehherdofen durch die Verwendung von Brennstoff, der mit einer leuchtenden Flamme brennt, z. B. Kohle.
Olano u. a., US 4,636,127 lehrt eine Gegenstromfluidgekühlte Übertragungsschraube. Geeignet für Ofenanwendungen umfaßt die Schraube eine äußere Hülle, die eine innere Röhre räumlich umgibt. Eine Mehrzahl von hohlen, fluidgekühlten Mitnehmern sind an der äußeren Hülle befestigt und sind in Fluidflußkommunikation mit Kühlmittel, das durch die Schraube verläuft. Das Kühlmittel wird zunächst durch die Mitnehmer gerichtet und dann zurück durch die äußere Hülle, bevor es durch die innere Röhre austritt.
Pargeter, US 4,676, 741 lehrt einen strahlungserwärmten verschiebbaren Herdofen mit einer zusätzlichen Zuführeinrichtung, die zwischen dem Anfangsladepunkt und dem Endausnahmepunkt positioniert ist, um die Kapazität des Ofens zum Behandeln von Objekten, die in denselben eingespeist werden, zu erhöhen. Wenn die Objekte Pellets aus Eisenoxid und kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel sind, fördert die Bereitstellung einer zusätzlichen Zuführeinrichtung etwa in der Mitte entlang des Verlaufswegs des Herds die Einheitlichkeit des Produkts durch Inhibition der Reoxidation von reduziertem Eisen durch Aussetzen einer fossilbrennstoffgefeuerten Herdatmosphäre.
Kaneko u. a., US 4, 701, 214 lehrt ein Verfahren zum Erzeugen von Eisen aus fein unterteiltem Eisenoxid, das folgende Schritte umfaßt.
Mischen von Eisenoxid oder Eisenerzspänen mit fein unterteilter Kohle und einem Bindemittel, um eine Mischung zu bilden, Agglomerieren der Mischung durch Verdichten, Pelletisieren oder Brikettieren der Mischung, um Agglomerate oder Pellets zu bilden, Einführen der Pellets in einen Drehherdofen, um das Eisen in den Pellets vorzureduzieren, Einführen der vorreduzierten Pellets in ein Schmelzreduktionsgefäß als dem metallischen Ladungsbestandteil, Einführen von partikulärem kohlenstoffhaltigem Brennstoff und Sauerstoff in das Schmelzreduktionsgefäß durch den Boden des Gefäßes, um mit der Schmelze oder dem Bad in dem Gefäß zu reagieren, Reduzieren des Eisens auf Elementareisen und Bilden eines Abgases, das CO und H&sub2; enthält, Einführen des Abgases in den Drehherdofen als Prozeßgas, um die Pellets in demselben vorzureduzieren, und Herausziehen des heißen Metalls aus dem Schmelzreduktionsgefäß.
Die vorreduzierten Preßlinge werden vorzugsweise bei einer Temperatur von zumindest 1000º von dem Drehherdofen in das Schmelzreduktionsgefäß ausgegeben, um das geschmolzene Eisenprodukt zu bilden.
Kotraba u. a., US 5,186,741 lehrt einen Pelletwiedergewinnungsprozeß, der das Bilden von Grünpellets aus einer Mischung von Stahlofenstaub, einem kohlenstoffhaltigen Material, wie z. B. Kohle, Holzkohle, Braunkohle, Petrolkoks oder Koks und einem organischen Bindemittel. Die Grünpellets werden über eine Schicht aus gebrannten Pellets auf einem Drehherdofen eingespeist, der die Pellets nacheinander zunächst durch eine Trocken- und Kokszone leitet, in der die Pellets getrocknet werden, und alle flüchtigen Bestandteile aus dem kohlenstoffhaltigen Material getrieben werden. Die Pellets verlaufen dann durch eine Reduktionszone, wo die Pellets einer höheren Temperatur unterworfen werden, bei der das enthaltene Eisenoxid reduziert wird und in den Pellets bleibt, und die Zink-, Blei- und Kadmiumoxide reduziert, verflüchtigt, reoxidiert und als Oxide in den Abfallgasen abgetragen werden. Die reduzierten Pellets (DRI) werden schließlich in eine Entladungszone getragen, wo dieselben von dem Drehherdofen entladen werden. Eine Vorrichtung zum Durchführen des Prozesses ist ebenfalls offenbart.
Rinker (US-A-5,601,631) offenbart eine Vorrichtung zum Erzeugen von direkt reduziertem Eisen aus TrockenPreßlingen aus Eisenoxid und partikulärem kohlenstoffhaltigem Material in einem Drehherdofen. Bei dieser herkömmlichen Vorrichtung verläßt heißes Abfallgas die Reduktionszone des Drehherdofens und wird zu einem Gaskonditionierapparat geleitet, in dem restliches Kohlenmonoxid und flüchtige Stoffe weiter oxidiert werden.
Kundrat (US-A-5,567,224) offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reduzieren von Metalloxid in einem Drehherdofen, der durch eine oxidierende Flamme erwärmt wird, indem ein Rauchgasventil zwischen einem ersten Zuführgerät und einem zweiten Zuführgerät positioniert wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Erreichen einer schnellen und wirkungsvollen Reduktion von Eisenoxid in einem Drehherdofen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 16 gelöst.
Diese Erfindung liefert ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Erreichen einer schnellen und wirkungsvollen Reduktion von Eisenoxid in einem Drehherdofen. Testergebnisse mit diesem Prozeß, die unter dem Markennamen oder Markenzeichen FASTMETTM bekannt sind, zeigen, daß richtig gebildete Pellets (TrockenPreßlinge) unmittelbar einer Strahlungswärmequelle mit einer Temperatur von 1315 bis 1430ºC ausgesetzt werden können, ohne Abblättern zu bewirken. Das Eliminieren der Vorwärmzone mit niedrigen bis mittleren Temperaturen und das Betreiben bei einer hohen Reduktionstemperatur erhöht die Herdproduktivität um 30 bis 100% im Vergleich zu anderen Prozessen. Außerdem kann der energetische Wirkungsgrad verbessert werden, durch Brennen der meisten flüchtigen Stoffe, die von den Preßlingen freigesetzt werden, innerhalb des Drehofens, und durch Bewirken, daß die Preßlinge und Verbrennungsprodukte gleichzeitig in den ersten Abschnitt des Ofens fließen und im Gegenstrom in den zweiten Abschnitt des Ofens.
Die Erfindung liefert eine Einrichtung zum Unterteilen des Drehherdgasflusses in zwei Abschnitte, anstatt daß sich das Gas akkumuliert und an dem Zuführbereich einen Höchstwert erreicht, wo es am wahrscheinlichsten ist, daß Staub mitgeführt wird.
Die Erfindung liefert eine niedrige Dachhöhe in der Anfangswärmzone des Drehherdofens, um die Strahlungswärmeübertragung zu einer Schicht von Preßlingen auf dem Herd zu verbessern.
Die Erfindung liefert eine Drehherdofenvorrichtung, bei der flüchtige Stoffe, die von den Preßlingen freigesetzt werden, eine längere Verweilzeit aufweisen und leichter verbrannt werden können.
Die Erfindung liefert einen Drehherdofen mit einer wirksameren Verbrennung als bisher verfügbar war, was zu einem niedrigeren Höchstgasvolumen führt, das Gasreinigen erfordert.
Die Erfindung liefert einen Drehherdofen, bei dem die Richtung des Rauchgases an dem Auslaß weg von dem Herd ist, anstatt über den Herd zu der Seitenwand zu streichen.
Die Erfindung liefert einen Drehherdofen mit einem Rauchgasauslaß von ausreichender Größe, um die Gasgeschwindigkeit zu verlangsamen, die es mitgeführten Teilchen ermöglicht, durch die Schwerkraft zurück auf den Herd zu fallen.
Die Erfindung liefert einen Drehherdofen mit einer verbesserten Atmosphärensteuerung an der Herdebene, um die Oxidation von metallischem Eisen zu vermeiden.
Die Erfindung liefert eine Drehherdofenvorrichtung zum Erzeugen von hochmetallisiertem Eisen mit einem niedrigeren Kohlenstoffgehalt.
Die Erfindung liefert einen verbesserten Drehherdofen, bei dem der energetische Wirkungsgrad durch Verwenden sensibler Wärme in den metallisierten Preßlingen verbessert wird, um einen Teil des Brennstoffs für den Drehherdofen vorzuheizen.
Die Erfindung liefert einen Drehherdofen, der in der Lage ist, mit einer sehr kurzen Verweilzeit von 4 bis 10 Minuten zu arbeiten.
Die Erfindung liefert einen Drehherdofen, der jede Störung der schützenden Decke aus Kohlenmonoxid vermeidet, die sich von den Preßlingen in den Endstufen der Reduktion entwickelt.
Die Erfindung liefert einen Drehherdofen, der zumindest 1% überschüssigen Kohlenstoff in den metallisierten Preßlingen beibehält.
Die vorhergehenden und anderen Aufgaben werden besser offensichtlich durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und die angehängten Zeichnungen.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des Prozesses für ein verbessertes Verfahren zum Erreichen einer schnellen und wirkungsvollen Reduktion von Eisenoxid in einem Drehherdofen.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht des verbesserten Drehherdofens.
Fig. 3 ist eine Draufsicht des verbesserten Drehherdofens.
Fig. 4 ist Eine schematische Seitenansicht der Zuführvorrichtung, die den Zuführ- oder Pelletglattstreicher zeigt.
Fig. 5 ist eine schematische Seitenansicht des Entladungsabschnitts der Vorrichtung, die eine Kühlvorrichtung zeigt.
Fig. 6 ist eine schematische Seitenansicht des Entladungsabschnitts der Vorrichtung, die eine Pflugpelletentladung zeigt.
Fig. 7 ist eine schematische Draufsicht des Entladungsabschnitts der Vorrichtung von Fig. 6.
Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen, und insbesondere auf Fig. 1, umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zum Erreichen einer schnellen und wirkungsvollen Reduktion von Eisenoxid in einem Drehherdofen Zuführbehälter 10, 12 und 14, die die Rohmaterialien für den Prozeß enthalten. Der Zuführbehälter 10 enthält Eisenoxidmaterialien 16, die aus fein unterteilten Eisenerzspänen, Konzentrat, Nebenprodukteisenoxid und Stahlwerkabfall bestehen, aber nicht darauf beschränkt sind. Der Zuführbehälter 12 enthält kohlenstoffhaltige Materialien 18, die aus pulverisierter Kohle, Koksgruß, künstlicher Kohle, Anthrazit, Holzkohle und Petrolkoks bestehen, aber nicht darauf beschränkt sind. Der Zuführbehälter 14 enthält Bindemittelmaterialien 20, die aus organischen Bindemitteln, Bentonit oder Kalkhydrat bestehen, aber nicht darauf beschränkt sind.
Materialien von den Zuführbehältern 10, 12 und 14 werden im richtigen Verhältnis in einer Mischeinheit 22 miteinander gemischt. Diese Mischeinheit 24 wird an eine Agglomeriereinheit 26 gesendet, die die Mischung 24 entweder pelletisiert, brikettiert, extrodiert oder komprimiert, in verdichtete Einheiten 28, die dann zu einer Trockeneinheit 30 befördert werden, und bei etwa 120º bis 180ºC getrocknet werden, um Feuchtigkeit zu entfernen und trockene Preßlinge 32 zu bilden.
Die trockenen Preßlinge 32 werden durch eine Zuführrinne 102 in einen Drehherdofen (RHF) 34 zugeführt, die sich vorzugsweise vertikal bewegen kann, und das zugeordnete einstellbare Glattstreichertor 104, und auf dem festen Ofen 36, Fig. 2, in einer Schicht 38 aufgebracht, die ein bis zwei Preßlinge tief ist. Der Herd 36, der in Fig. 1 gezeigt ist, bewegt sich im Uhrzeigersinn. Die Preßlinge verlaufen unter einer Strahlungsbarriere 100 und werden einer Strahlungswärmequelle 40 ausgesetzt, bei einer Temperatur von etwa 1315 bis 1430ºC für eine Periode von 4 bis 10 Minuten, während dieser Zeit werden die flüchtigen Stoffe und das Kohlenmonoxid von den Preßlingen freigesetzt und in dem Ofen verbrannt, und das meiste Eisenoxid wird zu metallischem Eisen und Eisenkarbid reduziert. Das metallische Eisen ergibt sich aus dem Reduzieren, Sintern und/oder teilweisen Schmelzen der trockenen Preßlinge.
Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, werden die Preßlinge 38 ein oder zwei Preßlinge tief auf den Herd zugeführt, von zumindest einer vertikalen Zuführröhre 102, die ein einstellbares Tor 104 oder einen Glattstreicher aufweisen kann, der eine tiefere Kante aufweist, um die Dicke der Schichten von Preßlingen zu steuern. Alternativ kann ein unabhängig befestigter Glattstreicher 112, wie z. B. eine wassergekühlte Nivelierungsrolle, die ebenfalls in Fig. 4 gezeigt ist, erstreckt sich über den Ofen 36 eine geeignete Höhe über dem Herd, genau in Verarbeitungsrichtung nach der Zuführröhre 102.
Die Auswirkung der schnellen Erwärmung und hohen Reduktionstemperatur auf die Reduktionsrate von trockenen Preßlingen 32, die eine Mischung aus Eisenoxid und kohlenstoffhaltigem Material enthalten, ist aus der folgenden Tabelle ersichtlich. Die Tests wurden in einem elektrisch erwärmten Röhrenofen mit einer Nitrogenatmosphäre durchgeführt. Die trockenen Preßlinge (die aus einer Mischung aus Magnetitkonzentrat, niedrigflüchtiger bituminöser Kohle und Bindemittel hergestellt sind) wurden in dem vorgewärmten Röhrenofen plaziert und in zweiminütigen Intervallen entfernt und nach Gesamteisen und metallischem Eisen analysiert, um eine Metallisierung-(Prozent von Gesamteiseninhalt in Form Von metallischem Eisen) über-Zeit-Kurve zu entwickeln.
Die Produktivität (lb/h-ft²) in einem Drehherdofen 34 für ein bestimmtes Zuführmaterial und eine bestimmte Herdladung ist invers proportional zu der Verweilzeit. Beispielsweise sollte eine Verweilzeit von 5,8 Minuten zu einer Produktivität führen, die 31% höher ist als eine Verweilzeit von 7,6 Minuten.
Die Auswirkung von schnellem Erwärmen in einer sauerstoffreichen Atmosphäre auf die Reduktionsrate von trockenen Preßlingen, die eine Mischung aus Eisenoxid 16 und kohlenstoffhaltigem Material enthalten, wurde bestimmt durch Vergleichen von Ergebnissen eines Tests, der in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt wurde, und eines zweiten Tests, der für die ersten zwei Minuten in einer Luftatmosphäre durchgeführt wurde, gefolgt von einer Stickstoffatmosphäre für die verbleibende Zeit. Es wurden die gleichen Testprozeduren wie oben erwähnt verwendet. Die Strahlungswärmequelletemperatur wurde bei beiden Tests konstant bei 1343ºC gehalten. Die Ergebnisse waren ähnlich, wenn trockene Preßlinge verwendet wurden, die mit einer Mischung aus Hämatitkonzentrat, niedrigflüchtiger bituminöser Kohle und Bindemittel hergestellt waren.
Da die Temperatur durch alle Wärmezonen des Ofens einheitlich hoch gehalten wird, ist es nicht notwendig, die Rauchleitung in der Nähe des Zuführendes zu positionieren, um die sensible Wärme der Verbrennungsprodukte auszunutzen. Die Rauchgastemperatur wäre ungefähr gleich, unabhängig von der Position des Rauchgasauslasses 42 an dem RHF 34. Daher ist es möglich, den Brennstoffwirkungsgrad zu verbessern, wenn kohlenstoffhaltige Materialien verwendet werden, die flüchtige Stoffe enthalten, durch Positionieren des Rauchgasauslasses 42 an dem Mittelabschnitt des RHF 34 zwischen der Lade- und der. Entladeposition. Dies führt dazu, daß die Preßlinge und Verbrennungsprodukte in dem ersten Abschnitt 44 des RHF in Stromrichtung fließen, und in dem zweiten Abschnitt 46 des RHF in Gegenstromrichtung.
Der Gasfluß durch den RHF 34 ist in zwei Abschnitte 47 und 48 unterteilt, anstatt ansteigend zu wachsen, und an dem Zuführbereich 102 des RHF einen Höchststand zu erreichen, wo es am wahrscheinlichsten ist, daß Staub mitgeführt wird. Dies ermöglicht es, daß die Höhe des Dachs in der Anfangswärmzone in dem RHF 34 niedrig ist, aufgrund des Durchgangs eines geringen Gasvolumens durch die Zone, wodurch die Strahlungswärmeübertragung zu der Schicht von Preßlingen verbessert wird. Flüchtige Stoffe, die von den Preßlingen freigesetzt werden, weisen eine längere Verweilzeit in dem RHF auf und können leichter verbrannt werden. Die wirkungsvollere Verbrennung in dem RHF verringert das Höchstvolumen von Gas, das Gasreinigung erfordert.
Das Positionieren des Rauchgasauslasses 42 in dem. Dach des RHF 34 liefert zusätzliche Vorteile, wie die Richtung des Rauchgases an dem Auslaß weg von dem Herd anstatt über den Herd zu der Seitenwand zu streichen. Der Rauchgasauslaß 42 kann im Durchmesser ausreichend groß gemacht werden, um die Gasgeschwindigkeit zu verlangsamen, wodurch es mitgeführten Teilchen ermöglicht wird, durch die Schwerkraft zurück auf den Herd zu fallen.
Die Hochtemperaturstrahlungswärmequelle 40 wird anfangs durch Verbrennen von Brennstoff erzeugt. Brennerbrennstoff wird von einer Quelle 50 geliefert, die verwendeten Brennstoffe sind, ohne Beschränkung, natürliches Gas, Brennstofföl, Nebenproduktgas und pulverisierte Kohle. Dieser Brennstoff wird an Dachbrenner oder wandbefestigte Brenner 52 verteilt. Sauerstoff für die Verbrennung wird durch vorgewärmte oder sauerstoffangereicherte Luft 54 geliefert. Zusätzliche vorgewärmte oder sauerstoffangereicherte Luft wird geliefert, um flüchtige Stoffe und CO zu verbrennen, die aus den Preßlingen entstehen. Aufgrund der hohen Betriebstemperatur und der längeren Verweildauer der flüchtigen Stoffe und Kohlenmonoxids in dem Ofen aufgrund des Positionieren des Rauchgasauslasses 42 an dem Mittelabschnitt des RHF 34 anstatt an dem Zuführende des RHF wird eine wirkungsvolle Verbrennung erreicht.
Das Betreiben mit einer oxidierenden Atmosphäre und hohen Temperatur in der frühen Stufe des Erwärmens und der Reduktion bewirkt, daß die flüchtigen Stoffe an oder in der Nähe der Oberfläche der trockenen Preßlinge zünden, wodurch eine strahlende Flamme gebildet wird, die die Hitzeübertragung zu den Preßlingen verbessert.
In der Endstufe der Reduktion oxidiert die Atmosphäre, die in dem Ofen beibehalten wird, insgesamt zu metallischem Eisen. Dies ermöglicht es den Brennern, wirkungsvoller zu arbeiten, was zu einem niedrigeren Brennstoffverbrauch führt und der Flexibilität, Brennstoffe, wie z. B. pulverisierte Kohle und Heizöl zu verwenden. Das reduzierte Eisen wird vor Oxidation geschützt durch: Betreiben mit einer sehr kurzen Verweilzeit von 4 bis 10 Minuten; Vermeiden einer Störung der schützenden Decke aus Kohlenmonoxid, die sich in den Endstufen der Reduktion von den Preßlingen entwickelt; und Beibehalten von zumindest einem Prozent überschüssigem Kohlenstoff in den metallisierten Preßlingen.
Ein Verfahren zum teilweisen Abkühlen der metallisierten Preßlinge ist das Inijizieren eines Kühlmittels von einem Injektor 116 auf oder in der Nähe der Preßlinge unmittelbar vor deren Entladung von dem Drehherdofen. Dieses Kühlmittel kann natürliches Gas, pulverisierte Kohle, Heizöl oder Nebenproduktgas umfassen. Das Kühlmittel kann sich in Kohlenstoff und Wasserstoff dissoziieren. Ein Teil oder aller Kohlenstoff kann Kohlenmonoxid bilden, durch Reagieren mit Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf. Freier Kohlenstoff, der auf der Oberfläche der Preßlinge aufgebracht ist, fügt einen weiteren Schutz vor Oxidation hinzu. Reformierte Gase, Kohlenmonoxid und Wasserstoff liefern einen zusätzlichen Deckenschutz von den oxidierenden Produkten von Verbrennung über den Preßlingen. Die Dissoziation und/oder das Reformieren des Kühlmittels kühlt die heißen Preßlinge teilweise, und überträgt die Wärme zu den reformierten Gasen, die dann in dem Drehherdofen 34 verbrannt werden können.
Die Vorteile dieses Verfahrens sind: verbesserte Atmosphärensteuerung auf der Herdebene, um die Oxidation von metallischem Eisen zu vermeiden; hochmetallisiertes Eisen, das einen geringeren Kohlenstoffgehalt aufweist, kann hergestellt werden; der energetische Wirkungsgrad wird verbessert durch Verwenden sensibler Wärme in den metallisierten Preßlingen, um einen Teil des Brennstoffes für den Drehherdofen vorzuheizen.
Eine zweite Strahlungsbarriere 100A ist unmittelbar vor der Kühlungs- und Entladungszone vorgesehen.
Um das Optimieren der Produktivität und das Überwachen der Produktqualität zu unterstützen, ist eine wassergekühlte Gasprobenahmesonde 118 in dem Drehherdofen installiert, um kurz vor der Entladung Gasproben weniger als 2,54 cm (1 Zoll) über der Oberfläche der Preßlinge zu sammeln. Während der Metallisierungspegel der Preßlinge 90 bis 95% erreicht, verlangsamt sich die Reduktionsrate und die Menge an entstandenem Kohlenmonoxid beginnt sich zu verringern. Durch Überwachen des Kohlenmonoxid- und Sauerstoffgehalts des Gases an dieser Position ist es möglich, die Produktqualität vorherzusagen, bevor chemische Analysen des Produkts erhalten werden. Ein hoher Kohlenmonoxidpegel zeigt an, daß die Reduktionsrate nach wie vor hoch ist, und die Produktmetallisierung niedrig sein kann. Ein mittlerer Kohlenmonoxidpegel zeigt an, daß sich die Reduktionsrate verlangsamt hat und die Produktmetallisierung hoch ist. Ein niedriger Kohlenmonoxidpegel und/oder das Vorliegen von Sauerstoff zeigt an, daß die Reduktionsrate angehalten hat und das Produkt oxidiert sein kann. Auf der Basis dieses Wissens können Einstellungen bei der Herdgeschwindigkeit, dem laden, der Temperatur und/oder der Atmosphäre durchgeführt werden, nach Bedarf, um eine optimale Produktivität und Produktqualität beizubehalten. Der spezifische Pegel von Kohlenmonoxid und Sauerstoff für die obigen drei Bedingungen muß für jede Ofenbedingung und Zuführmischung kalibriert werden.
Die metallisierten Preßlinge werden über eine oder mehrere spiralförmige wassergekühlte Schrauben 56 von dem Herd 36 entladen. Das Entladungsgerät streicht den Herd außerdem glatt. Der Herd 36 ist fest, besteht aus etwa 10,16 cm (4 Zoll) des Materials, das verarbeitet wird, und weist Wüstit als einen Hauptbestandteil auf. Diesbezüglich ist derselbe ein selbstheilender Herd. Alle Risse oder Löcher, die sich entwickeln, werden automatisch mit frischen Spänen gefüllt, ohne Bedenken über die Ausbeulung des darunterliegenden feuerfesten Materials.
Eine alternative Einrichtung zum Entladen von Preßlingen von dem Herd umfaßt zumindest einen Pflug 120, wie es in Fig. 6 und 7 gezeigt ist. Der Pflug kann entweder gerade oder gebogen sein. Wie bei der Schraubenentladung streicht ein Pflugentladungsgerät auch den Herd glatt.
Die Temperatur des entladenen Produkts 58 beträgt etwa 900 bis 1210ºC. Das Produkt 58 kann in eine Schmelzvorrichtung 60 heißgeladen, heißbrikettiert 62 oder abgekühlt 64 und gestapelt gelagert werden. Falls das entladene Produkt zu einer Schmelzvorrichtung 60 gesendet werden soll, kann dasselbe als heißes direkt reduziertes Eisen in eine Übertragungsbüchse 66 plaziert werden. Es kann auch wünschenswert sein, das entladene Produkt 58 zu einer BrikettierungspPreße 68 zu liefern, für die Bildung von heißbrikettiertem Eisen. Alternativ kann das entladene Produkt 58 zu einem Drehtrommelkühler 78 gesendet werden, der kaltes direkt reduziertes Eisen erzeugt.
Nachdem das Reduktionsgas 72 den RHF 34 verläßt, dringt es in einen Rauchgaskonditionierapparat 74 ein. Konditioniertes Gas 76 wird zu einem Wärmeaustauscher 78 übertragen, der auch mit Verbrennungsluft 80 durch den Ventilator 82 gespeist wird. Der Wärmeaustauscher T8 dient dazu, die Verbrennungsluft 80 in vorgewärmte Luft 74 zu erwärmen. Nachdem das konditionierte Rauchgas 76 den Wärmetauscher verläßt, wird es an die geeignete Verschmutzungssteuerausrüstung 48 gesendet. Die Verschmutzungssteuerausrichtung besteht aus Wäschern, elektrostatischen Ausfällungsanlagen, Zyklonen und Sackräumen. Das behandelte Gas 86 wird durch einen Ventilator 88 aus der Verschmutzungssteuerausrüstung 84 gezogen und zu einem Stapel 90 geliefert, für die Entladung in die Atmosphäre 92. Der Herd wird auf herkömmliche Weise an der Herdumhüllung abgedichtet, durch eine Wasserabdichtung 106, wie sie in dem Beggs US-Patent 3,452,972 beschrieben ist. Der ringförmige Herd wird auf mit Rädern versehenen Baugliedern 108 getragen, die durch jede herkömmliche Antriebseinrichtung angetrieben werden können, wie es in dem Beggs US-Patent 3,452,972 oder in Hanewald u. a. US-Patent 4,597,564 gezeigt ist.
Aus dem vorhergehenden ist ohne weiteres ersichtlich, daß ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Erreichen einer schnellen und wirksamen Reduktion von Eisenoxid in einem Drehherdofen erfunden wurde. Vorteile dieses Verfahrens sind: verbesserte Atmosphärensteuerung an der Herdebene, um Oxidation von metallischem Eisen zu vermeiden; hochmetallisiertes Eisen mit einem geringeren Kohlenstoffgehalt kann erzeugt werden; der energetische Wirkungsgrad wird verbessert durch Verwenden sensibler Wärme in den metallisierten Preßlingen, um einen Teil des Brennstoffes für den Drehherdofen vorzuheizen.

Claims

1. Ein Verfahren zum Erzeugen von direkt reduziertem Eisen aus Trockenpreßlingen, die aus Eisenoxid (16) und kohlenstoffhaltigem Material (18) bestehen und flüchtige Materialien enthalten, in einem Drehherdofen (34), wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

Einführen der Preßlinge nicht mehr als zwei Preßlinge tief auf den Herd (36) des Drehherdofens (34);

Entfernen aller flüchtigen Materialien durch Aussetzen der Preßlinge einer Strahlungswärmequelle (40) bei einer Temperatur von etwa 1.315ºC bis etwa 1.430ºC für eine erste Zeitperiode von einer bis drei Minuten, und Aussetzen dieser Preßlinge einer oxidierenden Atmosphäre mit ausreichend freiem Sauerstoff, um die meisten der brennbaren Gase zu verbrennen, die während der ersten Zeitperiode entstehen und um verbrannte Gase zu bilden;

Metallisieren der Preßlinge durch Aussetzen der Preßlinge einer Strahlungswärmequelle (40) bei einer Temperatur von etwa 1.315ºC bis etwa 1.430ºC in einer Atmosphäre ohne freien Sauerstoff für eine zweite Zeitperiode von drei bis neun Minuten;

Bewirken, daß die Gase und die Preßlinge während der ersten Zeitperiode im Gleichstrom (44) fließen, und während der zweiten Zeitperiode im Gegenstrom fließen, und ein metallisierte Eisenprodukt bilden; und

Entnehmen des metallisierten Eisenprodukts von dem Herd (36).

2. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem sich das Metallisieren der Preßlinge durch Reduzieren, Sintern oder teilweises Schmelzen der Trockenpreßlinge ergibt.

3. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner das teilweise Kühler der Preßlinge umfaßt, während dieselben von dem Herd (36) entnommen werden.

4. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das metallisierte Eisenprodukt für die letzten drei Minuten der zweiten Zeitperiode einer Atmosphäre ausgesetzt wird, die das metallische Eisen oxidiert, aber durch überschüssigen Kohlenstoff oder eine dünne Decke aus Kohlenstoffmonoxid und/oder Wasserstoff geschützt ist.

5. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner das teilweise Abkühlen des metallisierten Eisenprodukts vor der Entnahme durch Injizieren eines Kühlmittels auf oder in der Nähe des metallisierten Eisenprodukts unmittelbar vor der Entnahme des metallisierten Eisenprodukts von dem Herd (36) umfaßt.

6. Ein Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem das Kühlmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus natürlichem Gas, pulverisierter Kohle, Heizöl und Nebenproduktgas besteht.

7. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Eisenoxid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus fein unterteilten Eisenerzen, Eisenoxidkonzentraten, Nebenprodukteisenoxiden und Stahlwerkabfällen besteht.

8. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das kohlenstoffhaltige Material (18) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kohle, Koksgrus, Petrolkoks, künstlicher Kohle und Holzkohlespänen besteht.

9. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Eisenoxid und das kohlenstoffhaltige Material (18) in dem Preßling durch ein organisches Bindemittel (20) miteinander verbunden sind.

10. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Energie für die Strahlungswärmequelle (40) zumindest teilweise durch das Verbrennen flüchtiger Materialien und durch Kohlenstoffmonoxid, das von den Preßlingen emittiert wird, geliefert wird.

11. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Energie für die Strahlungswärmequelle (40) zumindest teilweise durch Verbrennen von Kraftstoff geliefert wird, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus natürlichem Gas, pulverisierter Kohle, Heizöl und Nebenproduktgas besteht.

12. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem Sauerstoff in den Ofen (34) eingeführt wird, um die Verbrennung zu unterstützen, wobei die Sauerstoffquelle aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus vorgewärmter Luft, Sauerstoff und mit Sauerstoff angereicherter Luft besteht.

13. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Anteile von Eisenoxid (16) und kohlenstoffhaltigem Material (18) in dem Preßling gesteuert werden, um ein konsistentes festes Kohlenstoff-zu-Eisen-Verhältnis beizubehalten.

14. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner das Entnehmen des teilweise gekühlten metallisierten Eisenprodukts von dem Herd in einen Heißübertragungsbehälter (66) und das Heißladen des metallisierten Eisenprodukts in einen Schmelzofen (60) umfaßt.

15. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner das Entnehmen des teilweise gekühlten metallisierten Eisenprodukts von dem Herd (36) in eine Brikettpresse (68) umfaßt, um heißbrikettiertes Eisen zu erzeugen.

16. Vorrichtung zum Erzeugen von direkt reduziertem Eisen aus Trockenpreßlingen aus Eisenoxid (16) und partikulärem kohlenstoffhaltigen Material (18) in einem Drehherdofen (34), die folgende Merkmale umfaßt:

a. eine Einrichtung (22) zum Mischen von Eisenoxidspänen und partikulärem kohlenstoffhaltigen Material und Bilden von Trockenpreßlingen;

b. einen Drehherdofen (34) mit einer allgemeinen flachen Herdoberfläche zum Aufnehmen der Trockenpreßlinge;

c. eine Einrichtung (102, 104; 112) zum Zuführen der Trockenrohlinge nicht mehr als zwei Rohlinge tief auf die Oberfläche des Herds (36);

d. eine Einrichtung (40) zum Erwärmen, Reduzieren und Sintern oder teilweisen Schmelzen der Trockenpreßlinge auf dem Herd, um ein reduziertes Produkt zu bilden;

e. eine Einrichtung (56; 120) zum Entnehmen der reduzierten Preßlinge von dem Drehherdofen (34);

f. eine Einrichtung (42) zwischen der Einführungseinrichtung (102, 104; 112) und der Entladeeinrichtung (56; 120) zum Entfernen von Rauchgas von dem Drehherdofen (34); und

g. eine Einrichtung (116) zum Injizieren eines Kühlmittels auf oder in der Nähe des Preßlings unmittelbar vor der Entnahme der Preßlinge von dem Herd (36).

17. Vorrichtung gemäß Anspruch 16, die ferner eine Einrichtung zum teilweisen Abkühlen der Preßlinge umfaßt, während dieselben von dem Herd (36) entnommen werden.

18. Vorrichtung gemäß Anspruch 16, bei der die Einrichtung zum Zuführen der Preßlinge ein oder zwei Preßlinge tief auf den Herd zumindest eine einstellbare vertikale Zuführröhre (102) mit einem einstellbaren Tor (104) oder Abstreifer (112) umfaßt, der eine niedrigere Kante aufweist, um die Dicke der Preßlingsschicht zu steuern.

19. Vorrichtung gemäß Anspruch 16, bei der die Einrichtung zum Entnehmen von Preßlingen von dem Herd zumindest eine Schraubenfeder (56) umfaßt.

20. Vorrichtung gemäß Anspruch 16, bei der die Einrichtung zum Entnehmen der Preßlinge von dem Herd zumindest einen Hobel (120) umfaßt.

21. Vorrichtung gemäß Anspruch 16, die ferner eine wassergekühlte Sonde (118) umfaßt, zum Sammeln einer Gasprobe weniger als 2,54 cm (1 Zoll) über der Oberfläche der Preßlinge unmittelbar vor deren Entnahme von dem Herd (36), wobei die Pegel von Kohlenstoffmonoxid und Sauerstoff in der Gasprobe zu Zwecken der Produktqualitätssteuerung und/oder Optimierung der Produktivität überwacht werden.