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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben
eines Ofens mit beweglicher Feuerstelle, umfassend die Schritte
des Einführens
eines Pulvergemischs aus einem vorherrschend aus einem feinen Eisenerz
bestehenden Oxidpulver und einem festen, feinen Reduktionsmaterial
auf eine horizontal bewegliche Feuerstelle und das Unterwerfen dieses
Oxidpulvers einer Reduktion mittels einer Übertragung von Strahlungswärme, die
von einem oberen Abschnitt in dem Ofen herrührt. Ein solches Verfahren
ist aus US-A- 1 452 627 bekannt.
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Die
Herstellung von Rohstahl wird mit solchen Verfahren ausgeführt, die
im weitesten Sinne in einem Hochofenprozess und in einem Elektroofenprozess
klassifiziert werden können.
Von diesen Verfahren erzeugt der Elektroofenprozess Stahl durch
Schmelzen von Eisenschrott oder reduziertem Eisen, das als ein Rohstoff verwendet
wird, durch die Wirkung elektrischer Energie und, wo notwendig,
durch weiteres Frischen der Schmelze. Schrott ist gegenwärtig als
Rohstoff vorherrschend, das reduzierte Eisen ist in letzter Zeit
jedoch zunehmend wichtig geworden, um den Mangel an Schrott zu kompensieren
und auch dem Trend entgegenzukommen, Stahlprodukte hoher Qualität mit dem
Elektroofenverfahren zu erzeugen.
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Ein
gewisser Prozess für
die Erzeugung von reduziertem Eisen ist aus der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
Nr. 63-108188 bekannt. Dieses Verfahren sieht vor, ein Eisenerz
und ein festes Reduktionsmaterial in Lagen auf eine horizontal drehende
Feuerstelle zu schichten, gefolgt von der Reduktion des Eisenerzes
mit Hitze, die von oben mittels Strahlungswärmeübertragung einwirkt, wodurch
reduziertes Eisen geliefert wird. Ein solches bekanntes Verfahren
ist bezüglich
der möglichen
Konstruktion der Ausrüstung
bei ziemlich niedrigen Kosten, weniger häufigen Störungen im Betrieb und dgl.
vorteilhaft. In vielen Fällen
hat die horizontal bewegliche Feuerstelle die Form einer drehenden
Feuerstelle, wie in 1A und 1B der begleitenden Zeichnungen
zu sehen, wobei die zwei Figuren der Erläuterung der strukturellen Details
einer solchen drehenden Feuerstelle dienen sollen. Auf eine bewegliche
(drehende) Feuerstelle 3 ist eine Lage 1 als ein
Pulvergemisch aus einem Eisenerz (Oxidpulver hauptsächlich aus
Eisenerzpartikeln) und einem festen reduzierenden Material geschichtet.
Die bewegliche Feuerstelle 3 ist von einem Ofenkörper 4 überdeckt,
der mit einem Feuerfestmaterial ausgekleidet ist, und ein Brenner 5 ist
stromaufwärts
des Ofenkörpers
angeordnet. Durch Verwendung des Brenners als Wärmequelle wird das auf der
beweglichen Feuerstelle liegende Eisenerz reduziert. In 1A bezieht sich das Bezugszeichen 6 auf
eine Aufgabeeinheit für
Rohmaterial und 7 auf eine Abgabeeinheit.
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Im
Betrieb des vorgenannten Ofentyps wird die innere Ofentemperatur
gewöhnlich
auf etwa 1300°C eingestellt.
Weiterhin wird nach Abschluss der Reduktion das fertige, reduzierte
Eisen gewöhnlich
auf der drehenden Feuerstelle mit Hilfe einer Kühleinheit abgekühlt und
anschließend
aus dem Ofen genommen. Dieses verhindert, dass das reduzierte Eisen
außerhalb
des Ofens oxidiert, und macht dieses auch einfach handhabbar.
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Die
bei diesem Verfahren der Herstellung von reduziertem Eisen stattfindende
Reduktion vollzieht sich als eine direkte Reduktion zwischen dem
Eisenerz und einem festen reduzierenden Material. Die direkte Reduktion
ist eine endotherme Reduktion, und die Zuführung von Wärme und die Geschwindigkeit
der Reduktion sind für
die endgültige
Produktivität
bestimmend. Die Wärmezuführung zu
der Lage aus einem Eisenerz und einem festen reduzierenden Material
wird mittels einer Übertragung
von Strahlungswärme
ausgeführt,
die von einer Brennerflamme oder von einer Innenwand des Ofens durch
die Verwendung eines Brenners als Wärmequelle ausgeht. Mit der
so zugeführten
Wärme wird
die Reduktionsgeschwindigkeit durch die Wärmeleitfähigkeit innerhalb der Lage
bestimmt, die aus einem Eisenerz und einem festen reduzierenden
Material besteht, und weiterhin durch die Temperaturdifferenz zwischen
einer Reaktionstemperatur und einer Ofentemperatur.
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Die
Druckschrift US-A-3 383 199 bezieht sich auf eine Behandlung von
Eisenoxidmaterialien, wie Eisenerzen, und insbesondere die Herstellung
von harten, porösen,
hochfesten, schlagfesten vorgeformten Materialien aus solchen Erzen.
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Das
Verfahren nach US-A-3 383 199 sieht die kontinuierliche Herstellung
eines hoch reaktiven, kombinierten Rohmaterials, das Erzmaterialien
und Koks enthält,
für den
Reduktionsofenbetrieb, wie beispielsweise im Hochofen für die Herstellung
von Eisen, mit hohen Geschwindigkeiten vor. Es hat sich gemäß der Lehre der
US-A-3 383 199 erwiesen, dass ein kombiniertes Beschickungsmaterial,
das Oxiderzmaterialien und Koks enthält und für Reduktionsofenbetrieb, wie
im Hochofen, geeignet ist, in hoch wirksamer Weise erzeugt werden kann,
indem eine bewegliche Masse aus Formkörpern, die sauerstoffhaltige
Erze und Kokskohle enthält,
heißen
Brenngasen unter Verkokungsbedingungen eines flüssigen Kohlenwasserstoffs unterworfen
wird, der in der Lage ist, langsam und kontinuierlich an der Oberfläche der
Formkörper
während
der Verkokung vergast zu werden.
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Das
Verfahren wird dadurch realisiert, dass eine untere Lage aus einem
festen Brennstoff auf ein bewegliches Bett gegeben wird. Der eingesetzte
feste Brennstoff kann jeder feste kohlenstoffhaltige Brennstoff sein,
wie bituminöse
Kohle, Kesselkohle, Anthrazit, unterbituminöse Kohle, Braunkohle und Koksgries,
es wird jedoch auch angegeben, dass in den mehr bevor zugten Ausführungsformen
Kesselkohle als fester Brennstoff verwendet wird. Nachdem der feste
Brennstoff aufgegeben worden ist, werden dann Erz und Kokskohle
gleichmäßig in kontrollierten
Mengen auf der Unterlage aus festem Brennstoff abgelegt.
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Vor
der Ablage des Koksmaterials wird der darunter liegende feste Brennstoff
durch einen direkten Flammstrahl von einem Zündbrenner entzündet, der
dicht über
dem beweglichen Bett aus festem Brennstoff angeordnet ist. Die Verbrennung
des festen Brennstoffs steigt durch die Erz- und Kohlestücke nach
oben, um die Verkokung auszuführen.
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Wie
in der US-A-3 383 199 angegeben, besteht somit ein wichtiges Merkmal
des Verfahrens darin, dass die vorgeformten Körper oder Teile, in denen das
Oxiderz und die Kokskohle enthalten sind, innig mit einem flüssigen Kohlenwasserstoff
vermischt werden, der in der Lage ist, an der Oberfläche vergast
zu werden.
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Es
wird auch angegeben, dass die direkte und gleichmäßige Zündung des
oberen Abschnitts des Betts aus festem Brennstoff wichtig ist, um
gute Ergebnisse zu erzielen.
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In
US-A-1 452 627 wird Eisenerz mit einem festen, feinen, reduzierenden
Material, wie kohlenstoffhaltigem Material, gemischt. Um ein feinverteiltes,
kohlenstoffhaltiges Material zu erhalten, kann man Kohle entweder
brechen oder pulverisieren. Weiterhin ist es wünschenswert, dass das Eisenerz
in einem fein verteilten Zustand, von z. B. 30 mesh oder weniger,
vorliegt. Sobald das Eisenerz und das feste, feine, reduzierende
Material in einem gewünschten
Zustand sind, werden sie vermischt und anschließend auf die rotierende Feuerstelle
gegeben. Ggf. wird das Erz mittels Strahlungswärmeübertragung von einem oberen
Abschnitt innerhalb des Ofens reduziert. Die Zuführung von Wärme durch Strahlung von einer
Oberfläche,
die nicht mit dem Erz in Berührung
ist, ist ein wichtiges Merkmal. Da die Wärme von einer Wärmequelle
von oberhalb der Feuerstelle eingestrahlt wird, wird die Reduktion
in einer relativ ruhigen reduzierenden Atmosphäre und ohne direkten Kontakt
mit der Oberfläche,
die die Wärme
zuführt,
ausgeführt.
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, das aus US-A-1 452 627 bekannte Verfahren
zu verbessern, indem die Reduktionszeit verkürzt und dadurch die Produktivität verbessert
wird. Ein weiteres Ziel ist es, die Temperatur zu verringern, bei
der die Reduktionsreaktion des bekannten Prozesses eingeleitet wird.
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Als
Lösung
für die
Aufgabe gibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren an, das im
Anspruch 1 umrissen ist.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3.
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Mit
dem hier verwendeten Hilfsrohmaterial ist ein Flussmittel, die Kalkstein,
Fluorit, Serpentin und Dolomit gemeint.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1A und 1B sind Erläuterungsansichten eines Ofens
mit drehender Feuerstelle, wobei 1A den gesamten
Ofen zeigt und 1B den
Ofen im Querschnitt längs
einer Linie 1B-1B zeigt.
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2 ist eine Erläuterungsansicht
einer Vorrichtung, die für
Versuche benutzt wird.
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3 stellt graphisch den Zusammenhang
zwischen dem Anteil H2 in einem Kohlenstoffmaterial
und der Temperatur dar, bei der die Reduktion eingeleitet wird.
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4 ist eine Erläuterungsansicht
der Art und Weise, in der Rohstoffe in einer geschichteten Anordnung
zur Inempfangnahme durch die vorliegende Erfindung übereinander
geschichtet werden.
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5 sind graphische Darstellungen,
die den Zusammenhang zwischen dem Metallisierungsverhältnis und
dem Zeitverlauf bei akzeptablen und Vergleichsbeispielen zeigen,
und auch des Zusammenhangs zwischen der Wasserstoffkonzentration
in einer Lage eines Gemischs aus einem Oxid und einem Kohlenstoffmaterial
und dem Zeitablauf bei akzeptablen und Vergleichsbeispielen.
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Erläuterung der Bezugszeichen
- 1
- Lage
eines Pulvergemischs aus Eisenerz (Oxid) und reduzierendem Material
- 2
- Festes,
feines, reduzierendes, wasserstoffhaltiges Material
- 3
- Bewegliche
(drehende) Feuerstelle
- 4
- Ofenkörper
- 5
- Brenner
- 6
- Schichtungseinheit
für Rohstoffe
- 7
- Abgabeeinheit
- 8
- Ringofen
- 9
- Ofenkernrohr
- 10
- Gitter
für Wasserstoffeinleitung
- 11
- Heizmedium
- 12
- Einleitung
von Wasserstoff
- 13
- Auslass
von Gas
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Ausführungsart
der Erfindung
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Wenn
ein Pulvergemisch eines Oxidpulvers, das vorherrschend aus einem
Eisenerz mit einem festen, feinen, reduzierenden Material besteht,
von außen
erhitzt wird, verläuft
eine Reduktionsreaktion mit solchen Reaktionen, die kontinuierlich
ausgelöst
wird, wie durch die Formeln (1) und (2) nachfolgend dargestellt
wird: CO + FeO – Fe + CO2 (benachbart
dem Oxid) (1) CO2 + C – 2CO (benachbart
dem reduzierenden Material) (2)
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Die
Reduktionsreaktion der Formel (1) verläuft im Allgemeinen bei einer
Temperatur von 600°C
oder mehr, während
die Reaktion der Formel (2) nur dann stattfindet, wenn die Temperatur
auf einen höheren
Wert ansteigt. Außerdem
ist es erforderlich, damit beide Reaktionen kontinuierlich ablaufen,
dass das in der Formel (1) gebildete CO2 sanft
in das feste, feine, reduzierendes Material diffundiert und das
in der Formal (2) gebildete CO sanft in das Oxidpulver diffundiert.
Im Falle der Verwendung eines Eisenerzes und eines festen reduzierenden
Materials, die gewöhnlich
verwendet werden, wird von einer Temperatur von etwa 1100°C als eine reaktionseinleitende
Temperatur erwartet, dass sie eine Reaktionsgeschwindigkeit ergibt,
die für
die praktische Anwendung geeignet ist.
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In
dem Ofen mit beweglicher Feuerstelle gemäß der vorliegenden Erfindung
wird die Wärmezuführung bezüglich einer
Lage, die aus einem Eisenerz und einem festen reduzierenden Material
besteht, mittels Übertragung
von Strahlungswärme
ausgeführt,
die von einer Brennerflamme oder von einer Innenwand des Ofens mit
Verwendung eines Brenners als Wärmequelle
stammt. Mit Hilfe der auf diese Weise zugeführten Wärme ist die Reduktionsgeschwindigkeit
durch die Wärmeleitfähigkeit
innerhalb der Lage bestimmt, die aus einem Eisenerz und einem festen
reduzierenden Material besteht, und weiterhin durch die Temperaturdifferenz
zwischen einer Reaktionstemperatur und einer Ofentemperatur. Die
Reduktionsreaktion vollzieht sich somit, indem vorteilhaft als Antrieb
für die
Wärmeübertragung
die Temperaturdifferenz zwischen einer Reaktionstemperatur von 1100°C und einer
Ofentemperatur von 1300°C
ausgenutzt wird.
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Andererseits
nimmt Wasserstoff an der Reaktionsgeschwindigkeit teil. Wenn der
Tatsache besondere Aufmerksamkeit geschenkt wird, dass die durch
die folgenden Formeln (3) und (4) dargestellten Reaktionen bei einer
höheren
Geschwindigkeit als die nach den Formeln (1) und (2) stattfinden
dürfen,
wurden Versuche durchgeführt,
wobei der in 2 gezeigte
Versuchsapparat verwendet wurde. H2 + FeO – Fe
+ H2O (benachbart dem Oxid) (3) H2O + C – CO + H2 (benachbart dem reduzierenden Material) (4)
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In 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein
Pulvergemisch aus einem Oxidpulver vorherrschend aus einem feinen
Eisenerz und einem festen, feinen, reduzierenden Material, 8 einen
Ringofen, 9 ein Ofenkernrohr für die Gasdichtung, 10 ein
Gitter zur Einleitung von Wasserstoff, 11 ein Heizmedium, 12 die
Einleitung von Wasserstoff und 13 die Abgabe von Gas. In
den Ringofen, der auf einer gegebenen Temperatur gehalten wurde,
wurde ein Pulvergemisch aus einem Oxidpulver und einem festen reduzierenden
Material eingegeben, und Wasserstoff wurde veranlasst, in geringer
Menge in den Ofen von einem unteren Abschnitt desselben einzuströmen. Unter
der Annahme, dass das feste reduzierende Material in einer Menge
von 600 kg auf 1000 kg Eisen eingemischt ist, wurde Wasserstoff
in den Ofen von dessen unteren Abschnitt in einer solchen Menge
eingeleitet, die als äquivalent
zu jener angesehen wird, die von dem festen reduzierenden Material
erzeugt wird, nämlich
dem kohlenstoffhaltigen Material. Es wurden die reduktionseinleitenden
Temperaturen in der obigen Weise untersucht. Die Versuchsergebnisse
sind in 3 durch eine
graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Anteil an
H2 in einem kohlenstoffhaltigem Material
und der Temperatur angegeben, bei der die Reduktion eingeleitet
wird.
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Wie
aus 3 hervorgeht, trägt ein erhöhter Wasserstoffgehalt
im Kohlenstoffmaterial sehr zur Absenkung der die Reduktion einleitende
Temperatur bei, bei der eine praktisch anwendbare Reduktionsgeschwindigkeit
erreichbar ist. Eine Verminderung der die Reduktion einleitenden
Temperatur, etwa um 100°C, kann
als erreichbar mit einer Menge von etwa 0,5 Gew.-% Wasserstoff erwartet
werden. Die Differenz zwischen einer Reaktionstemperatur (reduktionseinleitenden
Temperatur) und einer Ofentemperatur kann daher von einer üblichen
bekannten Größe von 200°C bis auf
300°C gesteigert
werden, so dass sowohl die Reaktionsgeschwindigkeit als auch die
Wärmeübertragungsgeschwindigkeit
im Mittel um das 1,5-fache gesteigert werden können.
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Diese
vorteilhaften Wirkungen gründen
sich vermutlich auf die nachfolgenden zwei Aspekte.
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Erstens
führt Wasserstoff
selbst zu einer verbesserten Reaktionsgeschwindigkeit in den Formeln
(3) und (4), speziell in der Formel (4).
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Dann
sind die Diffusionsraten von H2 und H2O das 3,7- bzw. 1,6-fache im Vergleich zu
jenen von CO und CO2, so dass die Konzentration
von H2O auf einer Oberfläche des Kohlenstoffmaterials
mit einer höheren Reaktionsgeschwindigkeit
in der Formel (4) größer wird.
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In
der Lage eines Pulvergemischs aus einem Oxidpulver und einem festen
reduzierenden Material erscheint eine Reaktion der Gasverschiebung
gemäß der unten
angegebenen Formel (5) zusätzlich
zu den Reaktionen der Formeln (1) bis (4). Die Anwesenheit von Wasserstoff
kleiner Menge erzeugt daher eine Verbesserung der Reaktionsgeschwindigkeit
insgesamt. H2O
+ CO – H2 + CO2 (5)
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Die
Reaktionsgeschwindigkeit wird bei Anwesenheit von Wasserstoff, wie
oben erwähnt,
verbessert. Da jedoch die sich ergebende Wirkung bei einer Wasserstoffkonzentration
von mehr als 0,5 Gew.-% in einem Kohlenstoffmaterial, wie in 3 oben gezeigt, gesättigt wird,
sollte die Wasserstoffkonzentration in einem Kohlenstoffmaterial
auf nicht weniger als 0,5 Gew.-% eingestellt werden.
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Bezüglich jener
Verfahren, die zur Aufgabe des Rohstoffs verwendet werden, haben
diese Erfinder extensive Untersuchungen im Hinblick auf die Ergebnisse
durchgeführt,
die sich aus den obigen grundlegenden Versuchen ergaben. Als Folge
haben die Erfinder nun ein bemerkenswert effektives Schichtungsverfahren
gefunden. D. h., in 4 ist
gezeigt, wo ein Schichtungsverfahren von Rohstoff, das für die vorliegende
Erfindung geeignet ist, erläutert
wird. Es wird ein festes, feines, reduzierendes Material 2,
das Wasserstoff enthält,
zunächst
in einer gegebenen Dicke in einen Ofen mit feuerfester beweglicher
Feuerstelle gegeben, und ein Pulvergemisch 1 aus einem
Oxidpulver und einem festen, feinen reduzierenden Material wird
dann als Lage auf das zuerst abgelegte reduzierende Material aufgebracht.
Die Reduktion wird dann durch Übertragung
von Strahlungswärme,
die von oben aufgebracht wird, zum Fortschreiten gebracht. Im Reduktionsvorgang
des so geschichteten Rohmaterials in geschichteter Anordnung vollzieht
sich die Aufheizung in einer relativ kurzen Zeitdauer bis zu einer
Temperatur, bei der eine endotherme Reaktion beginnt, und bei Beginn
einer solchen Reaktion hört
die Aufheizung vorübergehend
auf. Ein im reduzierenden Material enthaltendes H-Atom wird in den
meisten Fällen
kovalent an ein C-Atom gebunden gehalten, und eine Absonderungsreaktion
zwischen den zwei Atomen tritt bei einer Temperatur von 800°C bis 900°C auf. Im
Falle, dass ein wasserstoffhaltiges reduzierendes Material unter
einem Pulvergemisch aus einem Oxidpulver und einem festen reduzierenden
Material geschichtet ist, erreicht die Temperatur einer unteren
Lage 800°C
bis 900°C
zum Zeitpunkt, zu dem die Temperatur einer oberen Lage auf 1000°C bis 1100°C ansteigt,
woraufhin die Absonderungsreaktion beginnt. In einer unteren Lage
entstehender Wasserstoff bewegt sich in Richtung auf eine obere
Lage, ggf. mit einer Verbesserung der Reaktionsgeschwindigkeit entsprechend
den Reaktionen der Formeln (3) und (4).
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Im
Gegensatz zu einem Verfahren, bei dem ein wasserstoffhaltiges reduzierendes
Material mit einem Oxid gemischt wird, wird der Wasserstoff zu Beginn
einer Aufheizstufe erzeugt. Weil der Großteil des Wasserstoffs vom
Gemisch bereits nach außen
abgegeben worden ist, wenn die Aufheizung eine Temperatur erreicht, bei
der die Reduktion eingeleitet wird, kann kein Vorteil hinsichtlich
der Erzielung verbesserter Reduktion erwartet werden. Als Mittel
zur Verbesserung der Reaktionsgeschwindigkeit durch Verwendung eines
wasserstoffhaltigen reduzierenden Materials ist daher ein spezielles
Verfahren für
den Betrieb eines Ofen mit beweglicher Feuerstelle beim Reduzieren
eines Oxids auffallend wirkungsvoll. Wenn eine Lage aus einem Oxidpulver und
einem festen, feinen, reduzierenden Material auf eine horizontal
bewegliche Feuerstelle aufgegeben wird, wird bei diesem speziellen
Verfahren eine Lage aus einem festen, feinen, reduzierenden Material,
das Wasserstoff enthält,
als eine untere Lage auf die Feuerstelle aufgegeben, und ein Pulvergemisch
aus einem feinen Eisenerz und einem festen, feinen reduzierenden
Material oder ein Pulvergemisch aus einem feinen Eisenerz, Zuschlägen und
einem festen, feinen, reduzierenden Material wird dann auf die untere
Lage aufgebracht. Das reduzierende Material als die untere Lage
enthält
Wasserstoff in einer Menge von nicht weniger als 0,5 Gew.-%.
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Hier
bezeichnen die Zuschläge
ein Flussmittel, wie beispielsweise Kalkstein, Fluorit, Serpentin
und Dolomit.
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BEISPIELE
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Durch
die Verwendung eines Ofens mit drehender Feuerstelle nach obiger 1 und aufgebaut mit einer
drehenden Feuerstelle von 2,2 m Durchmesser, einem stromaufwärts der
Feuerstelle angeordneten Brenner und einem Ofenkörper, der vollständig die
zugehörigen
Teile überdeckt,
wurde der folgende Versuchsbetrieb durchgeführt. Die bewegliche Feuerstelle 3 dieses
Ofens mit drehbarer Feuerstelle ist auf ihrer Außenseite mit einem Feuerfestmaterial
vom Aluminiumoxidtyp beschichtet. Eine Kühleinheit wird vor der Abgabe der
Produkte angeordnet, um die Produkte zu kühlen, und die Produkte werden
unter Verwendung einer Abgabeeinheit 7 vom Schneckentyp
abgegeben. Ein feines Eisenerz und ein festes, feines, reduzierendes
Material werden an einer Zuführöffnung angeordnet,
wie in 4 oben zu sehen,
so dass eine Lage 2 aus einem festen, feinen, reduzierenden
Material und eine Lage 1 eines Gemischs aus einem feinen
Eisenerz und einem festen, feinen, reduzierenden Material in zwei
Lagen übereinander
geschichtet werden, und anschließend wird die Reduktion im
Ofen ausgeführt.
Hier wurden vor der Verwendung das feine Eisenerz und das feste,
feine, reduzierende Material so eingestellt, dass sie durch eine
Sieböffnung
von weniger als 3 mm hindurchgehen. Die Ofentemperatur in einem
Reduktionsbereich wurde mittels kontrollierter Verbrennung am Brenner
auf 1300°C
gehalten.
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In
Tabelle 1 sind die Ergebnisse, die sich auf Reduktionszeiten und
Metallisierungsverhältnisse
beziehen, tabellarisch aufgetragen. Sie wurden erhalten, wenn der
Reduktionsvorgang mit variierenden Arten und Mengen feinen reduzierenden
Materials ausgeführt
wurde, d. h. kohlenstoffhaltigen Materialien, und mit variierender
Rohstofflage. Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurden drei Arten Kohlenstoffmaterialien
unterschiedlicher Wasserstoffgehalte, wie Kohle (Wasserstoff 4%),
Holzkohle (Wasserstoff 2%) und Koks (Wasserstoff 0,3%) verwendet,
und das Kohlenstoffmaterial wurde in einer Menge von 500 bis 600
kg/t mit einem Oxid gemischt, welche Menge für den Fortgang der Reduktion
erforderlich war. Der Reduktionsvorgang wurde mit unterschiedlicher
Menge an Kohlenstoffmaterial für
den Einsatz als die Unterlage ausgeführt.
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Aus
Tabelle 1 wird klar: Vergleichsbeispiel 1, in dem Kohle gleichmäßig vermischt
war, und Vergleichsbeispiel 2, in dem wasserstofffreier Koks als
untere Lage verwendet war, ergaben ein Reduktionsverhältnis von jenseits
92% in 25 Minuten bzw. 28 Minuten Reduktionszeit. Hingegen können akzeptable
Beispiele 1 bis 3, die Kohle als untere Lage verwenden und in den
Bereich der vorliegenden Erfindung fallen, ein Metallisierungsverhältnis von
mehr als 92% in einer Reduktionszeit von 18 Minuten bis 16 Minuten
ergeben. Darüber
hinaus ist eine erhöhte
Menge an Kohlenstoffmaterial in der unteren Lage fähig, eine,
wenn auch geringe, Verkürzung der
Reduktionszeit zu ergeben. Holzkohle benötigt keine Wärmemenge
bei der Zersetzung von Kohle, und daher hat sich gezeigt, dass Wasserstoff
merkliche Wirkungen hervorbringt.
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Bezüglich zweier
Beispiele, die typische Betriebsbedingungen verwenden, zeigt 5 graphische Darstellungen
des Zusammenhangs zwischen dem Metallisierungsverhältnis und
dem Zeitverlauf und zwischen der Wasserstoffgaskonzentration in
einer gemischten Lage aus einem Oxid und einem Kohlenstoffmaterial
im Verlauf der Zeit. Im Vergleichsbeispiel 1 beginnt die Wasserstoffabgabe
gleich zu Beginn der Reaktion und wird vollständig selbst bei einer maximalen
Wasserstoffkonzentration von bis zu 18% abgegeben, bevor eine Reduktionsreaktion
beginnt. Eine Reaktionszeit von etwa 25 Minuten ist somit notwendig,
um ein Metallisierungsverhältnis
von mehr als 92% zu erzielen. Andererseits ergibt das akzeptable
Beispiel 2 eine Zeitdauer für
die Wasserstoffabgabe in der Gestalt einer nach rückwärts sanft
geneigten Kurve.
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Dies
bedeutet, dass ein Metallisierungsverhältnis von nicht weniger als
92% bei einer Reduktionszeit von etwa 17 Minuten aus Gründen begünstigter
Reduktion mit Wasserstoff, verminderter Temperatur, bei der die
Reduktion eingeleitet wird, wesentlich gesteigerter Wärmeübertragung
und dgl. erreichbar ist.
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Tabelle 1 (siehe am Schluss)
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden eine Lage, die aus einem Gemisch eines feinen Eisenerzes
und eines reduzierenden Materials besteht, und eine Lage aus einem
reduzierenden Material, das wenigstens 0,5 Gew.-% Wasserstoff enthält und darunter
angeordnet wird, auf eine bewegliche Feuerstelle gestapelt, wodurch
das feine Eisenerz in einem Ofen mit beweglicher Feuerstelle reduziert
wird. Die Erfindung führt
zu einer starken Verkürzung
der Reduktionszeit und trägt
somit maßgeblich
zu verbesserter Produktivität
oder zur Einsparung von Herstellungskosten des Reduktionsofens bei.
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