DE69920866T2

DE69920866T2 - Verfahren zum Herstellen von reduziertem Eisen und Drehherdofen zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69920866T2
Application number: DE69920866T
Authority: DE
Inventors: Sawa Chiba-shi Yoshitaka; Yamamoto Chiba-shi Tetsuya; Takeda Chiba-shi Kanji; Itaya Chiba-shi Hiroshi
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-02-03
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: DE69920866D1; ZA992438B; US6126718A; EP1026265A1; CN1262332A; MY138135A; ID24687A; EP1026265B1; CN1231602C; BR9902358A; AU2258199A; KR100500079B1; AU765530B2; KR20000056944A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines reduzierten Metalls aus einem reduzierbaren metallhaltigen Material gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein derartiges Verfahren ist aus US-A-3,947,621 bekannt.
Beschreibung des Stands der Technik
Stähle werden im allgemeinen mittels eines Konverters oder eines Elektroofens erzeugt. Elektroofenstähle werden durch Erhitzen und Schmelzen von Schrott oder reduzierten Eisen unter Verwendung von elektrischer Energie, gefolgt von einer optionalen Frischung derselben erzeugt. Da jedoch die Versorgung mit Schrott knapp und der Bedarf nach hochqualitativen Stählen in letzten Jahren immer mehr angestiegen ist, wird reduziertes Eisen häufiger als Schrott verwendet.
Als ein Herstellungsprozeß von reduziertem Eisen ist das Verfahren des Drehherdofens bereits bekannt. Ein Beispiel ist in der Ungeprüften Japanischen Patenveröffentlichung Sho 63-108188 dargestellt. Eisenerze und Feststoff-Reduktionsmaterialien werden auf einen sich in horizontaler Richtung bewegenden Ofen geladen, und die Eisenerze werden durch eine Strahlungshitzeübertragung von oben erhitzt und reduziert, um reduziertes Eisen zu erzeugen. Wie es in 1 dieser Japanischen Veröffentlichung dargestellt ist, kann geladenes Rohmaterial während der horizontalen Bewegung des Herdes erhitzt werden. Der Herd ist gemäß Darstellung üblicherweise für eine Rotation angepaßt, und die Herdoberfläche wird üblicherweise als eine Drehherdoberfläche bezeichnet.
Gemäß Darstellung in 1(a) der Zeichnungen dieser Anmeldung besitzt der Drehherdofen einen ringförmigen Herdkörper, welcher in eine Vorerwärmungszone 10a, eine Reduktionszone 10b und eine Kühlzone 10d aufgeteilt ist, welche entlang der Zuführungsseite zu der Ausgabeseite des Ofens angeordnet sind. Ein ringförmiger Herd 11 ist in dem Ofenkörper so gelagert, daß es sich drehend bewegt.
Gemäß Darstellung 1(b) von den Zeichnungen wird ein Rohmaterial 2, das ein Gemisch beispielsweise aus Eisenerz und Feststoff-Reduktionsmaterial umfaßt, eingegeben. Pellets mit integriertem kohlenstoffhaltigen Material werden bevorzugt verwendet. Der Herd 11 besitzt ein auf seiner Oberfläche aufgebrachtes Feuerfestmaterial oder es kann ein körniges Feuerfestmaterial darauf gestapelt sein. Ein Brenner 13 ist in einem oberen Abschnitt des Ofenkörpers angeordnet und metallhaltige Oxide, wie z. B. in dem Herd 11 gestapelte Eisenerze, werden durch die Erhitzung bei Vorhandensein des reduzierenden Materials in reduziertes Eisen unter Verwendung des Brenners 13 als eine Hitzequelle reduziert.
In 1(a) von den Zeichnungen stellt die Nr. 14 eine Zuführungsvorrichtung für die Eingabe des Rohmaterials in den Herd dar und 15 bezeichnet eine Ausgabevorrichtung für das reduzierte Produkt.
In dem üblichen Betrieb des Drehherdofens liegt die Atmosphärentemperatur in dem Ofenkörper 10 bevorzugt bei etwa 1300°C. Das reduzierte Produkt wird nach Abschluß der Reduktionsbehandlung bei der Kühlzone 10d (1(a)) auf dem Drehherd 11 gekühlt, um eine Reoxidation zu verhindern und die Ausgabe aus dem Ofen zu erleichtern.
In dem Betrieb des Drehherdes der Ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Sho 63-108 188 versucht man bei der Durchführung der Reduktionsreaktion zwischen dem Eisenerz und dem Feststoff-Reduktionsmaterial eine verbesserte Produktivität durch Verringern der Dicke der Rohmetallschicht und Vergrößern der Bewegungsgeschwindigkeit des Herdes zu erreichen. Es entstehen jedoch ernsthafte Probleme, wie es hierin nachstehend detaillierter beschrieben wird.
Die üblichen metallhaltigen Materialien, wie beispielsweise Eisenerze, enthalten, obwohl dieses vom Ort der Produktion abhängt, große Mengen an Gangmineral. Kohle, Holzkohle und Koks, welche typische Feststoff-Reduktionsmaterialien sind, enthalten einen erheblichen Ascheanteil. Demzufolge ist es, wenn das reduzierte Eisen nur durch eine Reduktionsreaktion erzeugt wird, unvermeidlich, daß ein großer Anteil an Gangmineral in dem reduzierten Eisenprodukt verbleibt. Ferner haften Aschen an dem Reduktionsmaterial an und kontaminieren das reduzierte Eisen.
Wenn das eine große Menge an Gangmineral und Asche enthaltende reduzierte Eisen dann in einen elektrischen Ofen eingegeben wird, wird die Menge von Kalziumoxid, die das CaO/SiO-Verhältnis der Schlacke für die Entphosphorung und Entschwefelung steuert, erhöht. Dieses erhöht ernsthaft die Kosten sowie die Menge an elektrischer Energie in Verbindung mit der Zunahme der für die Erzeugung von Schlacke benötigten Hitzeenergie.
Ferner enthält nur durch eine Reduktionsreaktion erhaltenes reduziertes Eisen üblicherweise eine erhebliche Anzahl von Poren, was das Eisen leicht reoxidierbar macht, wenn es in atmosphärischer Luft gelagert wird. Dieses verschlechtert die Qualität des Produktes und birgt auch eine Feuergefahr, welche durch die Erzeugung von Hitze bei der Reoxidation ausgelöst wird. Ferner schwimmt, da das poröse reduzierte Eisen eine niedrige scheinbare Dichte aufgrund des Vorhandenseins von Poren besitzt, dieses auf der Schlacke, wenn es in einem elektrischen Ofen verwendet wird, was es manchmal schwierig macht, eine einwandfreie Schmelzung und Frischung zu erzielen. Zusätzlich dauert es, wenn die Größe des reduzierten Eisenproduktes zu groß ist, eine lange Zeit, um dieses in dem elektrischen Ofen zu schmelzen, wodurch die Ausstoß des elektrischen Ofens verlangsamt wird. Demzufolge ist es unverzichtbar, die Größe des reduzierten Eisens zu verkleinern.
Demzufolge war es bei dem Betrieb von Drehherdöfen erforderlich, Eisenerze hoher Qualität mit einem möglichst niedrigen Gangmineralprozentsatz zu verwenden, und ein Reduktionsmaterial mit einem möglich niedrigen Ascheanteil zu verwenden. Jedoch sind Quellen reiner Eisenerze oder hochqualitativer Kohlen sehr selten und teuer. Tatsächlich müssen Materialien, wann immer möglich, mit niedriger Qualität verwendet werden.
In dem aus US-A-9,947,621 bekannten Verfahren, wird ein im Umfang herum zusammenhängendes Koksbett, welches einen geschlossenen elektrischen Kreis bildet auf einem Herdbett ausgebildet, das radial gewellt ist, um radiale Brücken und Täler auszubilden. Das Koksbett wird bis zur Entzündung durch einen durch das Bett in seiner Um fangsrichtung geleiteten Strom erhitzt, wobei der Strom entweder induziert oder direkt angelegt wird. Die Oxide in Teilchenform werden diesem Bett zum Reduzieren des geschmolzenen Metalls zugeführt, wobei sich das Metall in den Tälern des Herdes sammelt und dadurch verhindert wird, daß sich eine um den Umfang herum zusammenhängende Schmelze mit höher elektrischer Leitfähigkeit als der des Kokses ausbildet.
Angesichts des vorstehend beschriebenen Hintergrundes gibt es einen großen Bedarf zum effektiven Trennen eines metallischen Bestandteils, wie z. B. Fe aus dem üblichen Gangmineralbestandteil und das Gewinnen eines metallischen Bestandteiles und für das Ausführen dieses in dem Betrieb eines Drehofens.
AUFGABEN DER ERFINDUNG
Eine wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Erzeugung von hochqualitativem reduziertem Metall in geeigneter Größe, mit niedrigem Gangmineral und Ascheanteilen und mit einer kleinen Anzahl von Poren.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Einführung einer Technik zum einfachen Produzieren eines reduzierten Metalls mit hoher Qualität und mit verringerten Kosten ohne den Einsatz von Feuerfestmaterial oder elektrischer Energie zu steigern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Erzeugung eines reduzierten Metalls mit ausgezeichneter Lagerfähigkeit und einfacher Handhabbarkeit.
Es ist eine weitere Aufgabe einen Metall- und einen Gangmineralbestandteil vollständig zu trennen, und reduziertes Eisen und Gangmineral und die Asche zu trennen, indem sie als ein Teil eines Reduktionsvorgangs geschmolzen werden, wobei geschmolzenes Metall und geschmolzene Schlacke in einem Reduktionsvorgang erzeugt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Zur Lösung der vorstehenden Probleme in der herkömmlichen Technik wird ein Verfahren gemäß Definition in Anspruch 1 bereitgestellt.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in dem wenigstens einmaligen Schmelzen von reduzierten Material, um geschmolzenes Metall und geschmolzene Schlacke zu erzeugen, und in dem Kühlen des so erhaltenen geschmolzenen Metalls und der geschmolzenen Schlacke, um eine Vielzahl einzelner fester Metall- und fester Schlackenobjekte zu erzeugen, wobei diese in einer im allgemeinen punktartigen Konfiguration getrennt voneinander auf der Oberfläche der Reduktionsmaterialschicht angeordnet sind.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung beruht in der Stapelung des reduzierbaren Rohmaterials auf der Oberseite der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht, die auf der Herdoberfläche liegt, und so eine Vielzahl konvexer und konkaver Abschnitte auf der Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht auszubilden, anschließend das reduzierbare Material durch Erhitzung zu reduzieren, und dasselbe wenigstens einmal zu schmelzen und dann so die so erhaltenen geschmolzenen Körper zu kühlen, um eine Vielzahl fester Objekte auszubilden, wobei diese in einer punktartigen Anordnung voneinander beabstandet auf der Oberfläche der Reduktionsmaterialschicht gehalten werden.
Noch ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung beruht in dem Ausbilden einer Feststoff-Reduktionsmaterialschicht auf dem Herd, dem Laden und Stapeln des Rohmetallmaterials auf der Oberseite der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht, dann im Ausbilden einer Vielzahl konkaver Schalen oder schalenartiger Abschnitte auf der Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht, dann in dem Laden und Stapeln des Rohmaterials auf der Oberseite der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht, dem Reduzieren desselben durch Erhitzen, den wenigstens einmaligen Schmelzen des reduzierbaren Rohmaterials, und dem Kühlen des so erhaltenen geschmolzenen Bestandteile in den Schalen, wobei diese in einer verstreuten, punktartigen Anordnung in den Schalen der Reduktionsmaterialschicht gehalten werden.
In der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt ein Flußmittel in die oder auf die Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht eingebracht, welche den Herd abdeckt.
In der vorliegenden Erfindung wird eine weitere Schicht, welche unter den bestehenden Erhitzungsbedingungen nicht erweicht oder geschmolzen wird, bevorzugt in der Fest stoff-Reduktionsmaterialschicht angeordnet, welche die Oberseite des Herdes zumindest auf der Oberseite des Herdes bedeckt.
In der vorliegenden Erfindung ist die Dicke der Schicht des Feststoff-Reduktionsmaterials, das den Herd bedeckt, etwa 5 mm oder bevorzugt etwa 10 mm oder mehr.
In der vorliegenden Erfindung können unterschiedliche Arten von Rohmaterialien geschichtet werden, um eine Stapelschicht auszubilden, wenn das Rohmaterial auf das Feststoff-Reduktionsmaterial geladen und gestapelt wird.
In der vorliegenden Erfindung können sich aus dem Prozeß ergebende Agglomerate aus Metallen und Schlacken aus den reduzierten Produkten ausgesiebt werden, und durch das Sieb hindurchtretende Pulvermaterialien können vollständig oder teilweise mit weiteren Rohmaterialien zur Wiederverwendung gemischt werden.
In der vorliegenden Erfindung enthält das Rohmaterial aus Gründen, welche hierin nachstehend erläutert werden, bevorzugt Zn und/oder Pb in dem metallhaltigen Material.
In der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt eine Reduktionsatmosphäre ausgebildet, und in dem Drehherdofen zumindest in dem Bereich eingehalten, in welchem das Rohmaterial geschmolzen wird.
In der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, daß andere Materialien als das Feststoff-Reduktionsmaterial in dem Rohmaterial außerhalb des Drehherdofens vorerhitzt, mit dem Feststoff-Reduktionsmaterial gemischt und dann in den Drehherdofen eingegeben werden können.
In der vorliegenden Erfindung verwendete metallische reduzierbare Rohmaterialien können Eisenerze, Cr-Erze, Ni-Erze, Eisensand, reduziertes Eisenpulver, Hochofenstäube, Stahlherstellungsstäube, rostfreie Frischungsstäube und Eisenherstellungsschlamme, welche Metalle, wie z. B. Eisen, Ni und Cr enthalten. Ferner können Holzkohle, Koks, Magerkohle und Anthrazit als das Feststoff-Reduktionsmaterial verwendet werden.
Jedes von den metallhaltigen Materialien und den Feststoff-Reduktionsmaterialien kann alleine oder als ein Gemisch von zwei oder mehr Materialien verwendet werden. Die metallhaltigen Materialien und die Feststoff-Reduktionsmaterialien werden gemischt und als einzugebende Rohmaterialien verwendet.
Der Gewichtsanteil des Feststoff-Reduktionsmaterials in dem Rohmaterial ist bevorzugt etwa 50% oder weniger. Eine Reduktion von üblichem metallhaltigem Material kann ausreichend erzielt werden, wenn das Feststoff-Reduktionsmaterial in das Rohmaterial wie bis zu etwa 50 Gew.-% gemischt wird. Ferner werden die reduzierten Produkte oft aufgrund einer Behinderung der Ansammlung von Metall und Schlacke, im Fall, daß mehr Reduktionsmaterial als notwendig in das Rohmaterial gemischt wird, in der Größe klein. Daher ist das Gewichtsverhältnis des Feststoff-Reduktionsmaterial in dem Rohmaterial bevorzugt etwa 30% oder weniger, in dem Falle, in welchem erwartet wird, daß die erzeugten Metalle innerhalb gewünschter Größenbegrenzungen liegen.
Ein Hilfsrohmaterial kann dem reduzierbaren Rohmaterial zugesetzt werden, um das Schmelzen des reduzierten Metalls und des Aschanteils während der Schmelzung zu erleichtern. Ein derartiges Hilfsrohmaterial kann Stahlerzeugungsschlacke, Kalkstein, Flußspat, Serpentin, Dolomit oder dergleichen sein.
Das reduzierbare Rohmaterial kann erwünschtermaßen in der Form von Pulver von 8 mm oder kleiner oder Briketts oder Pellets vorliegen, welche zuvor mit dem Pulver agglomeriert wurden, wobei aber auch andere Formen des Materials verwendet werden können.
Die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht liegt bevorzugt vollständig auf dem Herd auf; es kann dasselbe Reduktionsmaterial sein wie das mit dem reduzierbaren Rohmaterial gemischte, oder kann eine unterschiedliche Feststoff-Reduktionsmaterialzusammensetzung sein.
Die Korngröße des Feststoff-Reduktionsmaterials kann auf eine solche Größe gesteuert werden, daß das geschmolzene Material bevorzugt nicht die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht durchdringt und nicht bis auf das Feuerfestmaterial des Herdes nach dem Schmelzen des Rohmaterials durchdringt. Für diesen Zweck kann ein Pulver von etwa 8 mm oder weniger verwendet werden. Insbesondere kann dieses auf etwa 5 mm oder weniger eingestellt werden.
Das auf die auf den Herd geladene Feststoff-Reduktionsmaterialschicht aufgebrachte Rohmaterial wird durch die Erhitzung reduziert und mit weiterer Erhitzung geschmolzen, so daß sich Metall und Schlacke ausbildet. In diesem Prozeß wird das Rohmaterial bevorzugt eingebracht, indem es gleichmäßig und im wesentlichen über der gesamten Oberfläche des Herdes im Interesse des Hitzeübertragungswirkungsgrades gestapelt wird.
Wenn das Rohmaterial erhitzt und geschmolzen und in Metall und Schlacke getrennt ist, koagulieren jeweils das Metall und die Schlacke und werden punktartig auf der Oberfläche der FRL aufgrund ihrer eigenen Oberflächenspannungen verteilt. Um zuverlässig eine derartige punktartige Verteilung des Metalls und der Schlacke zu erzielen, werden das punktartig Vorliegen und getrennte Einschluß des Metalls und der Schlacke bevorzugt sichergestellt, indem physikalisch konkave, schalenartige Vertiefungen auf der Oberseite der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht ausgebildet und das Metall und die Schlacke in den konkaven, schalenartigen Vertiefungen gesammelt werden. Nach dem Abkühlen verbleiben getrennte Körper an festem Metall und fester Schlacke und können getrennt gesammelt werden.
Die Menge des in den Ofen einzubringenden reduzierbaren Rohmaterials ist abhängig von vielen Faktoren variabel.
Üblicherweise schrumpft nach dem Schmelzen das Volumen des geschmolzenen Metalls und der Schlacke auf etwa 10 bis 60 Vol.-% auf der Basis des ursprünglichen Volumens des reduzierbaren Rohmaterials. Demzufolge kann das Rohmaterial in einer Menge bis zu etwa dem 10-fachen des Gesamtvolumens der Innenräume in den konkaven, schalenartigen Abschnitten, die auf der Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht ausgebildet werden sollen, eingebracht werden. Erwünschtermaßen ist die Menge des in den Ofen eingebrachten Rohmaterials in dem Umfange beschränkt, daß das geschmolzene Metall und die Schlacke im wesentlichen die Innenräume der konkaven, schalenartigen Abschnitte ausfüllen, wenn die konkaven Abschnitte auf der Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht ausgebildet sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1(a) und 1(b) sind erläuternde Absichten eines Drehherdofens, welcher in der Japanischen Veröffentlichung Sho 63-108188 verwendet wird, wobei 1(a) eine perspektivische Darstellung ist und 1(b) Abschnitte des Ofens im Querschnitt darstellt.
2(a), 2(b), 2(c) und 2(d) sind perspektivische Erläuterungsansichten gemäß dieser Erfindung, welche aufeinanderfolgende Schritte einer Stapelung von Rohmaterial auf einen in der vorliegenden Erfindung anwendbaren Herd und Veränderungen des Zustands nach dem Reduzieren des Rohmaterials und Schmelzen des reduzierten Produktes darstellen.
3(a) und 3(b) sind jeweils perspektivische Erläuterungsansichten in Querschnitten einer Form einer Schichtungsbedingung, die in einem hierin nachstehend beschriebenen Experiment gemäß dieser Erfindung angewendet wird.
4 ist eine erläuternde Querschnittsansicht mit im Querschnitt dargestellten Teilen der in dem Experiment von 3(a) und 3(b) verwendeten Vorrichtung für die Erhitzung.
5(a) und 5(b) sind erläuternde Ansichten der Schichtungsbedingungen in einem weiteren Experiment gemäß dieser Erfindung.
6(a) und 6(b) sind ähnliche erläuternde Ansichten, die Schichtungsbedingungen in einem alternativen Experiment gemäß dieser Erfindung darstellen.
7 ist eine perspektivische erläuternde Ansicht, welche einen in einem Beispiel gemäß dieser Erfindung verwendeten Drehherdofen darstellt.
8 eine perspektivische erläuternde Ansicht mit einem weggeschnittenen Abschnitt, um wichtige Details darzustellen, welche eine in einem Beispiel gemäß dieser Erfindung verwendete Ausgabevorrichtung zeigt.
9(a) und 9(b) sind erläuternde Querschnittsansichten, welche Schichtungsbedingungen eines Rohmaterials darstellen, die in einem Beispiel gemäß dieser Erfindung angewendet werden und in der Tabelle 4 hierin nachstehend als Schichtungsbedingung A bezeichnet werden.
10(a) und 10(b) sind erläuternde Querschnittsansichten einer weiteren Schichtungsbedingung des Rohmaterials, die in einem Beispiel gemäß dieser Erfindung angewendet und in der Tabelle 4 hierin nachstehend als Schichtungsbedingung B bezeichnet werden.
11(a) und 11(b) sind erläuternde Querschnittsansichten einer alternativen Schichtungsbedingung des Rohmaterials, die in einem weiteren Beispiel gemäß dieser Erfindung angewendet und in der Tabelle 4 hierin nachstehend als Schichtungsbedingung C bezeichnet werden.
12(a) und 12(b) sind erläuternde Querschnittsansichten einer weiteren Schichtungsbedingung des Rohmaterials, die in einem weiteren Beispiel gemäß dieser Erfindung angewendet und in der Tabelle 4 hierin nachstehend als Schichtungsbedingung D bezeichnet werden.
13(a) und 13(b) sind weitere erläuternde Ansichten einer Schichtungsbedingung eines im Beispiel 3 hierin angewendeten Rohmaterials.
14 stellt eine Vorerhitzungsvorrichtung für ein Rohmaterial dar, wie es in dem Beispiel 7 hierin angewendet wird.
15 ist eine detaillierte Ansicht einer Ladevorrichtung, die in einem in 7 dargestellten Beispiel gemäß dieser Erfindung verwendet wird.
In den Zeichnungen sind die Bezugszeichen wie folgt: 1: Feststoff-Reduktionsmaterialschicht; 1a: konkaver Abschnitt der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht; 2: Rohmaterial; 2a: Pulvergemisch als ein Rohmaterial; 3: reduziertes Produkt; 4: Metall; 5: Schlacke; 10, 10': Ofenkörper; 10a: Vorerwärmungszone; 10b: Reduktionszone; 10c: Schmelzzone; 10d: Kühlzone; 11, 11': Herd; 13, 13': Brenner; 14: Ladevorrichtung; 14-1: Ladevorrichtung für Feststoff-Reduktionsmaterial; 14-2: Ladevorrichtung für Rohmaterial; 14-3: Walzvorrichtung mit konvexen Abschnitten; 15: Entladevorrichtung; 16: Anhebevorrichtung; 17: Kühler; 18: Zerkleinerer; 21: Rohmaterial (untere Schicht); und 22: Rohmaterial (obere Schicht).
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Das hierin benannte "reduzierbare Material" kann jedes metallische Rohmaterial sein, das reduziert werden kann. Typische Beispiele umfassen Eisenerz, oder Cr-Erze, Ni-Erze, Eisensand, Eisenpulver, Hochofenstaub, Stahlherstellungsstaub, rostfreier Frischungsstaub und Eisenherstellungsschlämme, welche Metall, wie z. B. Fe, Ni und Cr enthalten.
In der vorliegenden Erfindung kann, da das das reduzierbare Material enthaltende Rohmaterial und das Feststoff-Reduktionsmaterial auf einen Herd geladen, das Rohmaterial durch Erhitzen reduziert und dann mindestens einmal geschmolzen wird, das Metall in dem reduzierten Produkt leicht mechanisch von der Schlacke getrennt werden. Demzufolge wird, wenn das reduzierte Material als ein Ausgangsmaterial verwendet wird, wie z. B. als Speisematerial für einen Elektroofen, da keine Schlacke vorhanden ist, weniger Kalziumoxid benötigt, um das CaO/SiO₂-Verhältnis der Schlacke für die Entphosphorung und Entschwefelung in dem Betrieb des elektrischen Ofens zu steuern.
Ferner kann in der vorliegenden Erfindung, wenn Partikel des Feststoff-Reduktionsmaterials so zugeführt werden, daß sie vollständig auf den Herd aufliegen, um eine Feststoff-Reduktionsmaterialschicht auszubilden, und das reduzierbare Rohmaterial auf der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht gestapelt wird, immer eine Kohlenstoffquelle aus der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht auf dem Herd dem metallhaltigen Material in dem Rohmaterial, insbesondere dem geschmolzenen Metall zugeführt werden, selbst nachdem das Feststoff-Reduktionsmaterial in dem Rohmaterial vollständig durch die Reduktionsreaktion verbraucht ist, und das reduzierte Produkt (Metall) wird nicht reoxidiert.
Dieses bedeutet, daß immer eine Reduktionsatmosphäre unmittelbar über der Rohmaterialschicht und der reduzierten Produktschicht vorliegt, selbst wenn ein oxidierendes Gas in dem oberen Abschnitt des Ofens stagnieren sollte. Mit einem derartigen Aufbau kann das reduzierte Metall immer stabil produziert werden, selbst wenn die Ofenbetriebsarten für die Reduktion und Schmelze verändert werden sollten. Ferner kann, wenn das Rohmaterial einen Trennungsschritt aufweist, um das Feststoff-Reduktionsmaterial in dem Rohmaterial lokal unzureichend ist, der Kohlenstoffanteil durch Kohlenstoff aus der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht unmittelbar unterhalb der gestapelten Schicht des Rohmaterials ergänzt werden, und die Reduktionsreaktion kann reibungslos ablaufen.
Ferner verhindert das Vorhandensein der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht einen direkten Kontakt zwischen dem geschmolzenem Metall des reduzierten Produktes und dem Herd. Dies verhindert eine Erosion des Herdes durch das geschmolzene Metall.
Ferner ist in der vorliegenden Erfindung wichtig, daß das reduzierte Produkt physikalisch in einer Vielzahl sogenannter Inselmuster verteilt ist, um eine Vielzahl diskreter Produkte, jeweils mit einer geeigneten Größe auf dem Herd – erzeugt durch die punktartig Verteilung – herzustellen. D. h., die Materialien werden so angeordnet, daß das geschmolzene reduzierte Produkt selbst nach einer Wiederverfestigung auf dem Herd als eine Vielzahl von Inseln verteilt ist, die voneinander getrennt sind, so daß individuelle Verklumpungsprodukte kleine Größen und geringe Gewichte haben, welche es ermöglichen, daß sie leicht aus dem Ofen ausgegeben und gesammelt werden können.
Ferner tendieren, wenn große wieder verfestigte Produkte aus dem Ofen nach außen abgegeben werden, diese zur Ausübung einer Stoßbelastung auf den Herd. Jedoch sind individuelle verfestigte "Inselabschnitte" kleiner und im Gewicht reduziert, und ergeben eine Stoßbelastung, die erheblich verringert ist, was die Gefahr einer Beschädigung des Herdes reduziert.
Ferner ist es für die Ausgabe der Verfestigungsprodukte des erzeugten Metalls und der Schlacke an die Außenseite des Ofens erforderlich, daß der Ofenkörper eine Ausgabeöffnung mit einer Größe besitzt, welche mindestens größer als jedes verfestigte Produkt ist, oder eine Öffnung für die Anordnung einer Ausgabevorrichtung zum Ausgeben der Produkte. Die Größen der Ausgabeöffnungen können verkleinert werden, wenn die Größe der Produkte kleiner ist, um so ein Verschließen zwischen der Innenseite und der Außenseite des Ofens zu erleichtern.
Es ist effektiv, um das punktartige Vorliegen einer Vielzahl metallischer Produkte mit reduzierter Größe sicherzustellen, eine Vielzahl konkaver Abschnitte in der Oberseite der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht auszubilden. Dieses beruht darauf, weil das eingebrachte und auf die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht gestapelte Rohmaterial durch Erhitzen reduziert und ferner zum Erzeugen von Metall und Schlacke geschmolzen wird, und das Metall und die Schlacke durch Kühlen verfestigt und getrennt verfestigt werden nachdem sie durch Oberflächenspannung in jeden der konkaven Abschnitte auf der Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht bewegt wurden.
In dem auf dem Herd oder der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht geladenen und gestapelten Rohmaterial werden die in dem Rohmaterial enthaltenen flüssigen Substanzen in Abgase während. der Erhitzungsreduktion umgewandelt, und in Metalloxid enthaltener Sauerstoff wird ebenfalls durch das Feststoff-Reduktionsmaterial reduziert und in Abgase umgewandelt. Demzufolge ist das, was auf dem Herd verbleibt der geschmolzene Metallbestandteil, der Gangmineralbestandteil, wie z. B. SiO₂ und Al₂O₃ und das Feststoff-Reduktionsmaterial.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
Vor dem Laden des Rohmaterials wird gekörntes Feststoff-Reduktionsmaterial auf den sich drehend bewegenden Herd verteilt, um eine Feststoff-Reduktionsmaterialschicht zu erzeugen. Die auf dem Herd erzeugte Feststoff-Reduktionsmaterialschicht kann im wesentlichen eine Zusammensetzung von Reduktionsmaterialien sein. Da diese Reduktionsschicht nicht mit dem metallhaltigen reduzierbaren Material gemischt ist, verändert sie sich kaum mit Ausnahme des Verlustes an flüchtiger Materie während des Betriebs. Üblicherweise enthält das Feststoff-Reduktionsmaterial etwa 10% Asche, wobei aber der Großteil des Restes ein kohlenstoffhaltiges Material aufweist und einen Festzustand selbst bei einer hohen Temperatur von etwa 1000 bis 1500°C beibehält. Demzufolge verschmilzt die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht nicht mit dem Feuerfestmaterial der Oberfläche des Drehherdes. Sie funktioniert als eine Schutzschicht für das Feuerfestmaterial des Herdes.
Auf die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht wird ein Gemisch des metallhaltigen Materials und zusätzliches Feststoff-Reduktionsmaterial geladen und gestapelt. Die Stapelung kann in einer Vielzahl von Arten erreicht werden, wie es hierin nachstehend beschrieben wird, um eine Vielzahl von Inseln aus reduzierbaren metallischen Rohmaterial zu erhalten, welche einzeln getrennt voneinander in dem Körper des Feststoff-Reduktionsmaterials verteilt sind. Eine Alternative ist ein Gemisch des metallhaltigen Materials, des Feststoff-Reduktionsmaterials und des Hilfsrohmaterials. Die Reduktion wird durch Erhitzen während der Drehbewegung des Herdes in dem Ofen bewirkt. Das reduzierte Material wird weiter erhitzt, bis es geschmolzen ist, und das erzeugte reduzierte Produkt (Metall und Schlacke) ist punktartig in Inselmustern wie vorstehend beschrieben verteilt. Dieses bedeutet, daß reduziertes Metall, angeordnet in einer vorbestimmten Produktgröße kontinuierlich produziert werden kann.
2(a), 2(b), 2(c) und 2(d) von den Zeichnungen sind Ansichten von Beispielen von Rohmaterialschichtstrukturen auf dem Herd in einem Drehherdofen. Sie unterstützen das Verständnis des Ablaufs von Reduktion und Schmelze.
Gemäß 2(a) wird ein Feststoff-Reduktionsmaterial 1 zuerst auf die Oberfläche des sich bewegenden Herdes 1 abgelegt, um die Oberfläche mit dem Feststoff-Reduktionsmaterial 1 zu bedecken, und eine Vielzahl von konkaven, schalenartigen Abschnitten oder Taschen 1a wird bevorzugt auf der Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht 1 ausgebildet. Dann wird das Rohmaterial 2, wie in 2(b) geladen und in die Taschen 1a und auf der so erzeugten Feststoff-Reduktionsmaterialschicht 1 gestapelt. Anschließend findet die Reduktion durch Erhitzen unter Verwendung (beispielsweise eines Brenners 13 (1(b)) an einem oberen Abschnitt des Ofenkörpers statt. Demzufolge schrumpft gemäß Darstellung in 2(c) das metallhaltige Material in dem Rohmaterial 2 unter der Auswirkung des Feststoff-Reduktionsmaterials (integriertes kohlenstoffhaltigen Material), die miteinander vermischt sind, um so ein das Gangmineral enthaltendes Produkt mit reduzierter Größe 3 auszubilden, und um gleichzeitig eine Schlacke auszubilden, welche hauptsächlich die Asche des Feststoff-Reduktionsmaterials umfaßt, das als das in dem reduzierbaren metallischen Rohmaterial enthaltene Reduktionsmaterial verwendete wird. Da das Feststoff-Reduktionsmaterial in dem reduzierbaren metallischen Rohmaterial durch die Reduktionsreaktion verbraucht wird (obwohl sich der Umfang abhängig von dem Mischverfahren des Rohmaterials und dem metallhaltigen Material und dem Feststoff-Reduktionsmaterial die verwendet werden, unterscheiden kann) wird das Volumen des reduzierten Produktes und der das Gangmineral (reduziertes Produkt 3 von 2(b)) der Asche im Vergleich zu den des ursprünglichen reduzierbaren Rohmaterials verringert.
Metallisches Hilfsrohmaterial kann bevorzugt dem Hauptrohmaterial zugesetzt werden, um das Schmelzen des reduzierten Produktes und der Asche zu erleichtern. Stahlerzeugungsschlacke, Kalkstein, Flußspat, Serpentin, Dolomit und dergleichen sind geeignete Beispiele. Obwohl dieses Einführen eine Verdampfung von chemisch gebundenem Wasser und eine Zerlegungsreaktion eines Teils (z. B. CaCo₃ als der Hauptbestandteil von Kalkstein wird thermisch in CaO zerlegt) vor dem Schmelzen bewirkt, bleiben sie in einem festen Zustand.
Dann wird, wenn die Erhitzung des Rohmaterials weiter fortschreitet, das Rohmaterial und das Hilfsrohmaterial nicht mehr lediglich reduziert, sondern beginnen zu schmelzen, und werden, wie es in 2(d) dargestellt ist, geschmolzen und in Metall 4 und in Schlacke 5 getrennt. Da das das metallhaltige Material und das Feststoff-Reduktionsmaterial umfassende Rohmaterial, oder das ein Gemisch des metallhaltigen Materials, des Feststoff-Reduktionsmaterials und das Hilfsrohmaterial umfassende Rohmaterial punktartig in den Schalen oder Vertiefungen der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht 1 verteilt sind, werden das Metall 4 und die Schlacke 5 in den Schalen in der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht 1 ausgebildet. In diesem Falle werden, wie es in 2(d) dargestellt ist, wenn konkave Abschnitte oder Schalen 1a auf der Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht 1 ausgebildet sind, das Metall 4 als das Reduktionsprodukt und die Schlacke 5 spontan zu den und in verschiedenen von den schalenförmigen, konkaven Abschnitten 1a der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht durch Oberflächenspannung und Schwerkraft bewegt und aufgenommen, und physikalisch in Einheiten unterteilt, die jedem konkaven Abschnitt 1a auf der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht 1 entsprechen. Klumpen aus dem Metall 4 und der Schlacke 5 liegen punktartig in einem sogenannten Inselmuster vor.
Wie es vorstehend beschrieben wurde, wird, wenn das reduzierte Produkt in konkaven Abschnitten 1a verteilt ist, die in der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht ausgebildet sind, das Metall und die Schlacke in geeigneter Größe für eine weitere Verarbeitung erzeugt. Zusätzlich werden, da das Volumen des so erzeugten Metalls und der Schlacke nur etwa 10 bis 60% des Volumens des Rohmaterials ist, diese punktartig vergraben in dem Feststoff-Reduktionsmaterial angeordnet, so daß sie nicht in Kontakt miteinander kommen.
Da die spezifische Dichte des Metalls und der Schlacke höher als die der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht 1 ist, kann angenommen werden, daß sie unter die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht 1 eintauchen. Jedoch bilden das Metall und die Schlacke tatsächlich einzelne kleine Klumpen, und aufgrund des Effektes der Oberflächenspannung verbleiben sie auf oder in der Nähe der Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht.
Die auf diese Weise auf dem sich drehend bewegenden Herd erzeugte Schlacke und das Metall erreichen die Kühlzone und werden abgekühlt. Dieses trennt die festen Klumpen der Schlacke 5 von festen Klumpen des reduzierten Metalls 4. Während dieser ganzen Zeit werden das verfestigte Metall und die verfestigte Schlacke von dem Herd durch das Vorhandensein der darunter liegenden Feststoff-Reduktionsmaterialschicht entfernt gehalten. Sie bilden einzelne kleine Klumpen aus und können leicht aus dem Ofen ausgegeben werden.
Wenn die Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht 1 in einer flachen Form ohne Ausbildung konkaver Abschnitte ausgebildet wird, würden das Metall und die Schlacke nach dem Abkühlen nicht unterteilt werden und manchmal größere Klumpen bilden. In einem derartigen Falle können ein Zerkleinerer zum Zerkleinern des Metalls und der Schlacke auf dem Herd nach der Ausgabe aus dem Ofen erforderlich sein. Demzufolge wird es bevorzugt, daß konkave Abschnitte bevorzugt auf der Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht 1 ausgebildet werden.
Dieses hat sich auch durch von den Erfindern ausgeführte Experimente bezüglich der Oberflächenform der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht bestätigt. In diesen Experi menten wurden pulverförmige Eisenerze, pulverförmige Kokse und Kalksteine mit einer Korngröße von 8 mm oder kleiner in einem Gewichtsverhältnis von 7 : 3 : 1 gemischt, um ein Pulvergemisch als das Rohmaterial auszubilden. Dann wurden konkave und konvexe Abschnitte auf der Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht 1 aus den pulverartigen Koksen auf der Basis der in den 3(a) und 3(b) dargestellten Materialschichtungsbedingungen ausgebildet, auf welcher ein Pulvergemisch frei gestapelt wurde, welche in eine Experimentiervorrichtung gemäß Darstellung 4 eingebracht wurden, die auf einer Temperatur von 1480 bis 1500°C gehalten wurde und reduziert und geschmolzen, um Metall und Schlacke zu erzeugen. Die Ergebnisse des Experimentes sind in Tabelle 1 dargestellt. 4 zeigt ein Beispiel der für das Experiment verwendeten Vorrichtung. Sie hatte einen Aufbau, in welcher ein Herd 11' vertikal durch eine Hebevorrichtung 16 angehoben und in einem Ofenkörper 10 "plaziert" wurde. Die auf dem Herd 11' ausgebildete Feststoff-Reduktionsmaterialschicht 1 und die Materialabscheidungsschicht 2a wurden durch einen Brenner 13' erhitzt, welcher derselben thermischen Hysterese wie vorstehend beschrieben ausgesetzt war, und reduziert und geschmolzen.
Bezüglich der Form der in der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht 1 ausgebildeten konkaven Abschnitte wurde auch ein Experiment mit einer quadratischen Form als eine Alternative in den 5(a) und 5(b) ausgeführt. Dasselbe wurde mit einer Kombination von runden Formen oder Vertiefungen 1(a) mit unterschiedlichen Größen gemäß Darstellung in den 6(a) und 6(b) durchgeführt. In Tabelle 1 bedeutet der Ausdruck "Lochform" die Form und Größe des konkaven Abschnittes oder der schalenförmigen Vertiefung, die in der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht 1 ausgebildet ist. "L" in Tabelle stellt den Durchmesser eines Kreises mit einer Fläche identisch dem des Loches der Form (äquivalenten Kreisdurchmesser) dar. In einem Falle einer Ausbildung verschiedener unterschiedlicher Formen wie in der Rohmaterialschichtbedingungen der 6(a) und 6(b) ist der maximale Wert von diesen dargestellt.
Jede von den 3(a), 5(a) und 6(a) stellt die Querschnittsform eines konkaven Abschnittes 1(a) dar, der auf der Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht 1 ausgebildet ist, welche die größte Schichtdicke L₁ des Metallpulvers und die kleinste Schichtdicke L₂ des Rohmaterials auf dem konvexen Abschnitt auf der Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht enthält. Gemäß Darstellung in 1 wurden nach dem Experiment unterschiedliche Klumpen aus Metall in einer verteilten Form in jedem der sich ergebenden konkaven Abschnitte erhalten.
Tabelle 1
Anmerkung: die Beschichtungsbedingung 1 tritt in den 3(a) und 3(b) auf.
die Beschichtungsbedingung 2 tritt in den 5(a) und 5(b) auf.
die Beschichtungsbedingung 3 tritt in den 6(a) und 6(b) auf.
Jedes Verfahren erzeugte eine Vielzahl konkaver Abschnitte auf der Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht, welche Feststoff-Reduktionsmaterialpartikel umfaßte, die gleichmäßig auf eine vorbestimmte Dicke ausgelegt waren. Dieses ist eine fundamentale Art zur Erzeugung der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht auf dem Herd. Dieses Erzeugungsverfahren kann zuverlässig eine Vielzahl einfach von auf einer Vielfalt anwendbarer Formen ausgewählter konkaver Abschnitte erzeugen, und ist effektiv, wenn eine Periodizität für die konkaven Abschnitte erforderlich ist. Eine Walze oder eine Platte mit einer Vielzahl konvexer Abschnitte auf ihrer Unterseite ist geeignet anwendbar. Eine Übertragung des Oberflächenmusters der Walze oder der Platte auf die Oberfläche er Feststoff-Reduktionsmaterialschicht macht es möglich, eine Vielzahl konkaver Abschnitte auf der Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht zu erzeugen.
Ein weiteres alternative Verfahren zum Stapeln gemäß dieser Erfindung umfaßt das Auflegen von Partikeln eines Feststoff-Reduktionsmaterials auf dem Herd bis zu einer konstanten Schichtdicke, das Herunterfallenlassen von Rohmaterialklumpen in Brikettähnlicher Form von oben, um dadurch konkave Abschnitte als ein Produkt des sich ergebenden Aufprallstoßes zu erzeugen und ferner das Laden von weiterem metallhaltigen Material und Feststoff-Reduktionsmaterial zwischen den gestapelten Briketts, um eine gestapelte Lage mit einer vorbestimmten Schichtdicke zu haben, und um konkave voneinander beabstandete Abschnitte wie hierin vorstehend beschrieben zu haben.
Ein Verfahren, welche das Herunterfallenlassen eines Gemisches von Rohmaterialklumpen und weiteren feinem Rohmaterial auf die Oberfläche der Feststoff-Redukionsmaterialschicht umfaßt, kann ebenfalls eingesetzt werden.
Noch in weiteres Stapelungsverfahren beinhaltet ein vorläufiges vollständig Ablegen eines Feststoff-Reduktionsmaterials als eine Unterlage und das Laden und Stapeln eines Rohmaterials auf die so erhaltene Oberfläche, einer Feststoff-Reduk ionsmaterialschicht mit einer vorbestimmten Schichtdicke, die so gestapelt ist, daß sie eine Vielzahl von unebenen Vorsprüngen auf der Oberfläche der Feststoff-Reduk ionsmaterialschicht ausbildet. Dieses bildet eine Unebenheit durch Steuerung einer gestapelten Schicht des geladenen Rohmaterials anstelle der Formung der konkaven Abschnitte 1a der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht auf dem Herdboden aus. Es kann im wesentlichen dieselbe Funktion durchführen und im wesentlichen dieselbe Auswirkung wie die vorstehend erwähnten Ausführungsformen erzielen. Nach dem Schmelzen werden um die konvexen Abschnitte des Rohmaterials herum erzeugtes Metall und Schlacke zu den Metallen und Schlacken gesammelt, die an den konvexen Abschnitten durch Oberflächenspannung erzeugt werden. Demzufolge werden die Metalle und Schlacken punktartig und auf der Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht festgehalten. Daher können im wesentlichen dieselbe Funktion und Auswirkung erzielt werden. Das Laden und Stapeln von Rohmaterialklumpen auf die Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht aufgeteilt in Inselmuster erzielt im wesentlichen dieselbe Funktion und Auswirkung.
Die auf dem Herd abgelegte Feststoff-Reduktionsmaterialschicht dient als eine Aufkohlungsquelle für das geschmolzene Metall und liefert Kohlenstoff an das geschmolzene Metall, kompensiert Reduktionsreaktionen des Rohmaterials und verhindert einen direkten Kontakt zwischen dem geschmolzenen Material und dem Herd. Ferner verhindert sie eine Erosion des Herdes durch das geschmolzene Material.
Demzufolge kann, so lang im wesentlichen diese Funktionen sichergestellt sind, die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht andere Materialien als das kohlenstoffhaltige Material enthalten. Beispielsweise kann die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht gleichmäßig mit einem Flußmittel sein oder als ein Gradientengemisch mit nicht gleichmäßiger Konzentration gemischt sein, oder das Flußmittel kann nur auf die Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht aufgebracht sein. Das beigemischte Flußmittel dient effektiv zum Reduzieren der Menge des S in dem geschmolzenen Metalls durch Absorbieren des S-Anteils in der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht.
Als die Aufbaubestandteile der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht können Holzkohle, Koks, Magerkohlen, Kokskohlen und Anthrazite verwendet werden. Sie enthalten Kohlenstoffmaterial, dienen als Kohlenstoffquelle für das geschmolzene Metall, führen kohlenstoffhaltiges Material dem geschmolzenen Metall zu und kompensieren die Reduktion.
Unter den Feststoff-Reduktionsmaterialien befinden sich solche, die durch Erhitzen erweicht und geschmolzen werden, wie z. B. Kokskohle. Sie können manchmal anschließend schrumpfen und Makrorisse erzeugen, welche zu der Möglichkeit führen, daß geschmolzenes Material auf der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht in die Risse eindringt. Jedoch kann der direkte Kontakt zwischen dem geschmolzenen Material und dem Herd verhindert werden, indem die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht auf den Herd, insbesondere in dem Falle abgelegt wird, daß die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht sich wenigstens in einem mit dem Herd in Kontakt stehenden Abschnitt nicht erweicht und nicht schmilzt, um so eine Erosion des Herdes durch die geschmolzene Materie zuverlässig zu verhindern.
Da sich das Erweichungs- und Schmelzverhalten des Feststoff-Reduktionsmaterials abhängig von der Art des Feststoff-Reduktionsmaterials und der Art des Erhitzungsmusters verändert, werden die Schichtdicke und die Art des aufzuschichtenden kohlenstoffhaltigen Materials dementsprechend abhängig von dem Betriebsbedingungen und dem zu verwendenden Feststoff-Reduktionsmaterial ausgewählt.
Die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht hat die vorstehend beschriebene Funktion und Auswirkung. Wenn die Menge der auf dem Herd abgelegten Schicht zu klein ist, kann sie manchmal nicht funktionieren, da sie durch die Aufkohlung und Reduktion aufgebraucht wird. Selbst wenn sie nicht verbraucht wird, kann die Wirkung der Schicht aus dem Feststoff-Reduktionsmaterial auf dem Herd manchmal teilweise aufgrund von Schwingungen des Ofens verloren gehen. Daher beträgt die Dicke der auf dem Herd abgelegten Feststoff-Reduktionsmaterialschicht erwünschtermaßen 5 mm oder mehr, und bevorzugter etwa 10 mm oder mehr, um einen direkten Kontakt zwischen dem geschmolzenen Material und dem Herd zu verhindern, und um die Verhinderung einer Erosion des Herdes durch das geschmolzene Material sicherzustellen.
Wenn das das metallhaltige Material enthaltende Rohmaterial und das Feststoff-Reduktionsmaterial geladen und auf die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht gestapelt wird, muß nicht nur das Rohmaterial einer einzelnen Spezies auf eine vorbestimmte Schichtdicke gestapelt werden, sondern auch unterschiedliche Arten von Rohmaterialien in einer mehrstufigen Anordnung geschichtet werden. Beispielsweise kann ein Reduktionsmaterial problemlos erhalten werden, indem ein Rohmaterial, welches ein ziemlich reduziertes metallhaltiges Material und Feststoff-Reduktionsmaterial in einem Mischungsverhältnis, das ausreicht, um das metallhaltige Material zu reduzieren, umfaßt, auf die Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht geschichtet wird, und indem ein Rohmaterial, das ein metallhaltiges Material und ein unterschiedliches Feststoff-Reduktionsmaterials umfaßt, aufgeschichtet wird. Im Falle des ziemlich reduzierten metallhaltigen Materials läuft die Reduktion rascher als üblich ab, die Schmelze und die Aufkohlung tritt früher auf, und die Reduktion und Schmelzung in der oberen Schicht werden gefördert, da die Schmelzung von dort aus beginnt, den Effekt der vorliegenden Erfindung zu unterstützen.
Ferner wird beim Laden des Rohmaterials das Rohmaterial absichtlich durch Partikelsiebung getrennt, wobei große Partikel unterhalb und kleinere Partikel darüber in der gestaffelten Rohmaterialschicht gestapelt werden. Dieses Ladeverfahren ist ebenfalls ein Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In dem Falle von mehrstufiger Schichtung unterschiedlicher Arten von Rohmaterialien werden das metallhaltige Material und das Feststoff-Reduktionsmaterial in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen verteilt. Ferner kann die spezielle Spezies des metallhaltigen Materials und des Feststoff-Reduktionsmaterials unter Anwendung von Varianten, wie z. B. einer Schichtung von trockenen, gesammelten Hochofenstäuben an einer oberen Schicht und Eisenerze und Feststoff-Reduktionsmaterial enthaltenden Rohmaterialien an einer unteren Schicht variiert werden.
Das Metall und die Schlacke können nach dem Kühlen auf dem Ofenherd zerkleinert werden, so daß sie leicht unter Verwendung eines Zerkleinerers, in welchem Klumpen aus Metall und Asche geformt werden, ausgegeben werden können. Ferner können selbst kleine Klumpen aus Metall und Schlacke, welche durch das punktartige Beibehalten und Kühlen der geschmolzenen Partikel auf der Oberfläche des Feststoff-Reduktionsmaterials erhalten werden, teilweise in Stücke zerbrochen werden, indem die außerhalb des Ofens mechanisch bearbeitet werden. Ferner kann das auf dem Herd abgelegte Feststoff-Reduktionsmaterial aus dem Ofen, abhängig von dem Gewinnungsverfahren ausgegeben werden.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist es am günstigsten, die Agglomerate von Metall und Schlacke durch Sieben der Produkte außerhalb des Ofens zu gewinnen. Ein Gemisch aus pulverförmigen Metall, pulverförmiger Schlacke und pulverförmigen Feststoff-Reduktionsmaterial kann ebenfalls nach dem Passieren des Siebs erhalten werden.
Das Gemisch des pulverförmigen Metalls oder der pulverförmigen Schlacke und des restlichen pulverförmigen Feststoff-Reduktionsmaterials kann nach dem Passieren des Siebs gewonnen und dem zu ladenden Rohmaterial zugesetzt werden und dann wieder dem Ofen zugeführt werden, um dadurch eine vollständige Rückgewinnung von Metall, Schlacke und Feststoff-Reduktionsmaterial zu erzielen.
Eine Verbesserung des Rückgewinnungsverhältnisses des Metalls und eine Verringerung der Menge des Feststoff-Reduktionsmaterials kann erzielt werden. Wenn die das Sieb passierenden zurückgewonnenen Pulver auf die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht geladen werden, kann die Technik der mehrstufigen Schichtung mit unterschiedlichen Arten von Rohmaterialien angewendet werden.
Als eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere effektiv hochflüchtige metallische Elemente, wie z. B. Roh-Zn und -Pb in das zu ladende Rohmaterial einzubringen. Dieses beruht darauf, weil Zn und Pb in dem Rohmaterial leicht durch Erhitzen verdampft werden und in das Abgas übertreten. Die Zn- und Pb-Bestandteile können effektiv durch Abschrecken der Abgase beispielsweise durch einen Wasserstrahl zurückgewonnen werden. Wenn Eisen, Zr, Ni oder dergleichen ebenfalls in dem Rohmaterial enthalten sind, und auf dem Herd verbleiben, können die Zn-, Pb-Bestandteile und Fe-, Zr-, Ni-Bestandteile spontan abgetrennt werden. Demzufolge kann, wenn ein derartiges Rohmaterial verwendet wird, eine Erzeugung von Zn und Pb mit hoher Qualität und eine Erzeugung von hochqualitativen Fe, Zr oder Ne erzielt werden.
Zn und Pb können manchmal abhängig von der Temperatur des Abgases und des Sauerstoffpartialdruckes in einem Festkörperzustand reoxidiert werden, haben jedoch extrem kleine Korngrößen und werden in den Abgasen eingefangen und aus dem Ofen abgegeben.
In dem Ofenbetrieb mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, wenn das auf den Herd geladene und gestapelte Rohmaterial geschmolzen wird, und wenn die Atmosphäre des Ofens reduzierender Art ist, der Sauerstoffpartialdruck verringert und es kann eine Aufkohlung des auf dem Herd auf dem Metall abgelegten Feststoff-Reduktionsmaterials rasch durchgeführt werden. Ferner kann, wenn die Atmosphäre durch ein kohlenstoffhaltiges Gas gesteuert wird, die Aufkohlung aus atmosphärischem Gas ebenfalls durchgeführt werden. Dieses kann den Schmelzpunkt des Metalls senken, um dadurch das Schmelzen zu fördern und die Produktivität zu erhöhen. Ferner kann der Sauerstoffpartialdruck zur Beeinflussung der Schwefelverteilung zwischen der Schlacke und dem Metall verringert werden, um effektiv den Prozentsatz des Schwefels in dem Metall zu senken.
Es ist wichtig, eine reduzierende Atmosphäre in dem Ofen auszubilden. Derselbe Effekt erzielt werden, indem ein Reduktionsgases zugeführt wird, um das auf dem Herd gestapelte Rohmaterial abzudecken, und indem insbesondere eine reduzierende Atmosphäre wenigstens für die Schmelzzone ausgebildet wird. Wenn die Erhitzung durch eine Brennerverbrennung durchgeführt wird, kann die Atmosphäre des gesamten Ofens reduzierend gemacht werden, indem die Verbrennungsregelung des Brenners angepaßt wird. Ferner kann ein Reduktionsgas in der Nähe der Materialschichtoberfläche unter Anwendung einer getrennten Zuführung eingeführt werden.
Ferner ist es effektiv, das Rohmaterial vor seinem Laden in den Ofen vorab zu erhitzen. Wenn gemischte Rohmaterialien außerhalb des Ofens vorerhitzt werden, kann die Kohle ausreichend bis zum Schmelzen erweicht werden, was abhängig von der Art der verwendeten Kohle und der Vorerhitzungstemperatur Handhabungsprobleme in dem Vorerhitzungsschritt verursacht.
In einem derartigen Falle kann eine vollständig oder teilweise Vorerhitzung für die Verbesserung der Produktivität, mit Ausnahme des Feststoff-Reduktionsmaterials in dem Rohmaterial, welches hauptsächlich das metallhaltige Material und die Feststoff-Reduktionsmaterialien umfaßt außerhalb des Dreherdofens, ein Mischen des Rohmaterials unmittelbar vor dessen Einführung in den Drehherdofen, ein optionales Agglomerieren und ein Zuführen zu dem Drehherdofen angewendet werden, um dadurch die Produktivität bei gleichzeitiger Vermeidung von Handhabungsproblemen zu verbessern.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Verweilzeit des Rohmaterials in dem Ofen von der Zuführung bis zur Ausgabe des Rohmaterials bis zu etwa einer Stunde lang oder länger oder kürzer sein, obwohl sie abhängig von der Art der Ladung des Rohmaterials und der Ofentemperatur variiert. Wenn die Erhitzung des Rohmaterials beschleunigt werden kann, kann die Produktivität des Ofens verbessert werden. Durch Vorerhitzen des Rohmaterials kann die Verweilzeit in dem Ofen verkürzt werden.
Zur Erhitzen des Drehherdofens kann vorteilhaft eine Brennerverbrennung eingesetzt werden. Der Brenner kann mit Brennstoffen, wie z. B. Naturgas, Koksofengas, Schweröl und dergleichen zusammen mit Verbrennungsgasen, wie z. B. Luft und Sauerstoff versorgt werden. Das Vorerhitzen des Brennstoffes oder der Verbrennungsgase durch Wärmeaustausch mit Abgasen aus dem Ofen kann Brennstoff für den Brenner einsparen.
Wenn eine Brennerverbrennung angewendet wird, wird es, da die Temperatur der von dem Drehherdofen freigesetzten Abgase etwa 1000°C oder höher ist, bevorzugt, die Abgase für das Vorerhitzen des Rohmaterials außerhalb des Ofens zu verwenden. Diese kann die Produktivität des Ofens wie vorstehend beschrieben verbessern, und kann die Notwendigkeit einer Zufuhr von Energie zum Vorerhitzen des Rohmaterials erübrigen.
Das in den Ofen geladene Rohmaterial wird nach der Reduktion geschmolzen. Für diesen Vorgang ist es erforderlich; eine Hochtemperatur-Feuerfest/Ofenkörper-Struktur vorzusehen. Dieses führt zu erhöhten Installationskosten. Obwohl die Reduktion des Rohmaterials schneller abläuft, wenn die Temperatur höher ist, kann eine praxisgerechte Reduktion selbst dann sichergestellt werden, wenn die Temperatur nicht so hoch ist, daß sie eine Schmelzung bewirkt. Andererseits verlangsamt, wenn die Schmelzzone unnötig kurz ist, dieses die Bewegungsgeschwindigkeit des Herdes, um die für die Schmelze erforderliche Reaktionszeit sicherzustellen, und senkt dadurch die Produktivität. Die Länge der Zone für den Schmelzvorgang wird hinsichtlich Gesichtpunkten der Wartung, Produktivität und Minimierung der Installationskosten geeignet gewählt.
Produkte, wie z. B. auf dem Herd geschmolzenes Metall und Schlacke werden gesammelt und verfestigt, bevor sie aus dem Ofen ausgegeben werden. Dann können auch Brennstoffe, wie z. B. Naturgas, Koksofengas und Schweröle und Verbrennungshilfen, wie z. B. dem Brenner zugeführte Luft oder Sauerstoff eine Rolle als Kühlmedium zu spielen. In diesem Falle werden Brennstoffe und Verbrennungshilfen vorerwärmt und diese Vorerwärmung führt zu einer Verringerung der Produktionsenergie. Ferner können Produkte, wie z. B. das Metall und die Schlacke beispielsweise unter Verwendung von Stickstoff- oder Reduktionsgas gekühlt werden, welche ebenfalls für die Steuerung der Atmosphäre des Ofens während der Schmelze verwendet werden können.
Wenn das Metall und die Schlacke aus dem Ofen ausgegeben werden, können nicht nur das Metall und die Schlacke, sondern auch die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht teilweise oder vollständig, abhängig von der Ausgabevorrichtung und dem Verfahren ausgegeben werden. Alternativ können im wesentlichen nur das Metall und die Schlacke ausgegeben werden, wobei das Bett des Feststoff-Reduktionsmaterials in seiner Lage auf dem Herd belassen wird. Wenn der Ofen ein Drehofen ist, und das Feststoff-Reduktionsmaterial nur teilweise oder in einer kleinen Menge ausgegeben wird, bleibt das Feststoff-Reduktionsmaterial ohne Veränderung auf dem Herd erhalten. In diesem Falle wird das Feststoff-Reduktionsmaterial bei dem Rohmaterialzuführungsabschnitt in einer Menge proportional zu dem verbrauchten Material zugeführt.
BEISPIELE
Beispiel 1
In diesem Beispiel wurde der nachstehend beschriebene Betrieb unter Verwendung eines Drehherdofens gemäß Darstellung in 7 durchgeführt. Der Drehherd mit einem Durchmesser von 2,2 m wurde mit einem Aluminiumoxid-Feuerfestmaterial auf der Oberseite (wie in 1(b)) versehen, und dieser wurde in einem ringförmigen Ofenkörper, wie in 1(b) untergebracht, in welchem ein Brenner über dem Herd angeordnet ist.
Gemäß Darstellung in 7 war der Herd des Drehofens in eine Vorerwärmungszone 10a, eine Reduktionszone 10b, eine Schmelzzone 10b und eine Kühlzone 10d unterteilt. Eine Rohmaterialschicht 2 wurde auf dem Drehofenherd ausgebildet, indem ein hauptsächlich aus eisenhaltigem Material und einem Feststoff-Reduktionsmaterial bestehendes Rohmaterial geladen und gestapelt wurde. In dieser Anlage bezeichnen mit den in 1(a) und 1(b) dargestellte Bezugszeichen ähnliche Teile. Die Nummer 17 in 7 bezeichnet einen vor einer Ausgabeöffnung zum Kühlen von reduzierten Eisen und Schlacke angeordneten Kühler.
8 ist eine schematisch Ansicht der Ofenausgangsöffnung, die für den Betrieb verwendet wird. Nach der Ausgabe von festem Metall durch die Ausgabevorrichtung 15 wurden das Metall und die Schlacke durch Magnete getrennt. Ein Zerkleinerer 18 wurde optional abhängig von dem Fall eingesetzt.
Das Rohmaterial an der Zuführungsöffnung des Ofens wurde unter Verwendung von metallhaltigem Material und einem Feststoff-Reduktionsmaterial unter Verwendung der Ladevorrichtung 14 geladen und gestapelt. Dieses erfolgt unter vier Bedingungssätzen, welche als Schichtungsbeispiele des Rohmaterials gemäß Darstellung in 9(a) und (b), 10(a) und (b), 11(a) und (b) und 12(a) und (b) dargestellt sind. In diesem Falle wurden konkave Abschnitte auf der Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht durch Andrücken einer Walze mit konvexen Abschnitten nach unten auf die Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht erzeugt.
Als das metallhaltige Material wurde Eisenerz mit den in der Tabelle 2 dargestellten Zusammensetzungen, welches 7% oder mehr an Gangmineralbestandteil (SiO₂, Al₃O₃, und so weiter) enthielt, verwendet. Die Feststoff-Reduktionsmaterialien hatten in der Tabelle 3 dargestellte Bestandteilzusammensetzungen und enthielten 6 bis 11% Aschebestandteile. Sie wurden eingesetzt, wobei deren Siebgrößen auf 3 mm oder weniger eingestellt wurden.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 dargestellt. Nr. 1 bis 6, welche Anwendungsbeispiele darstellen, sind Beispiele der vorliegenden Erfindung. In jeder von den Bedingungen für die Beispiele der in den 9(a) und 9(b) dargestellten gestapelten Form war das Feuerfestmaterial für den Herd unbeschädigt. Es gab keine Schwierigkeit bei der Ausgabe der Produkte. Die Eisengewinnungsrate für die Produkte betrug bis zu 97,4% oder mehr. Die Produkte konnten im wesentlichen frei von Gangmineral und Aschebestandteilen gewonnen werden. Es lag keine signifikante Verringerung der Produktivität vor. In Nr. 5 gab es einen Abschnitt, in welchem Metall und Schlacke in zwei bis drei konkaven Abschnitten zu einer größeren Masse vereint waren, wobei jedoch kein spezielles Problem bezüglich einer reibungslosen und erfolgreichen Ausgabe bestand.
Die Anwendungsbeispiele Nr. 7 und 8 sind Beispiele von Stapelformen der 10(a) und 10(b), in welchen das Rohmaterial durch das Feststoff-Reduktionsmaterial in kleine Bereiche unterteilt und in punktartiger Weise auf der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht angeordnet war, so daß es nicht in direktem Kontakt mit dem Herd kam. Unter dieser Schichtungsbedingung war, da das reduzierte Eisen und die Asche durch die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht von dem Herdfeuerfestmaterial getrennt waren, selbst wenn sie für den Zweck der Entfernung von Gangmineral- und Aschebestandteilen geschmolzen wurde, daß Herdfeuerfestmaterial nicht durch die Schlacke und das geschmolzene Eisen beschädigt. Da jedoch die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht bereits der Oberfläche nach der Stapelung ausgesetzt war, war die Nutzung der Strahlungshitze an diesem Abschnitt, obwohl sie akzeptabel war, etwas fehlerhaft und die Produktivität war etwas niedriger im Vergleich zu dem Beispiel Nr. 1 bis 6.
Die Beispiele Nummer 9 und 10 sind Beispiele unter den in 11(a) und 11(b) dargestellten Schichtungsbedingungen, in welchen eine Feststoff-Reduktionsmaterialschicht 1 eine glatte Oberseite hatte und ein pulverförmiges reduzierbares Materialgemischt in geschichteter Form über der Schicht 1 gestapelt war. In diesen Beispielen formten sich, wenn das reduzierte Eisen und die Asche zum Entfernen von Gangmineral oder Aschebestandteilen geschmolzen wurden, sowohl die Schlacke, als auch das Metall in große plattenartige Formen und obwohl sie teilweise aufgrund von Schrumpfung in dem Kühlprozeß zerbrochen waren, bildete das Metall und die Schlacke nach der Abkühlung lose Plattenformen, wovon sich einige aus der Ausgabeöffnung heraus in die Nähe des Kühlers 17 von 8 erstreckten.
Ein Zerkleinerer war vor der Ausgabevorrichtung zum Zerkleinern der Produkte aus dem Herd vor dem Ausgeben aus dem Herd angeordnet. Obwohl die Installationskosten und die Betriebskosten durch die Installation des Zerkleinerers erhöht wurden, wurde der Betrieb durch den Zerkleinerer unterstützt und Metall hergestellt.
Das Anwendungsbeispiel Nr. 11 beinhaltete eine Beschichtung, wie in den 12(a) und 12(b), in welchen Rohmaterial 12 in einer geschichteten Form auf den Feuerfestmaterial 11 des Herdes ohne irgendeine dazwischen liegende Feststoff-Reduktionsmaterialschicht plaziert wurde. Das reduzierte Eisen und die Asche wurden zum Entfernen von Gangmineral- und Aschebestandteilen geschmolzen. Da das Rohmaterial direkt auf der Feuerfestmaterialoberfläche des Herdes transportiert wurde, erlitt das Feuerfestmaterial des Herdes einen Schmelzverlust durch die geschmolzenen Materialien. Ferner hatten ein Teil der Schlacke und des Metalls große plattenartige For men, die sich aus der Ausgabeöffnung in der Nähe des Kühlers 17 in 8 erstreckten. Ein Zerkleinerer war an einer Seite der Ausgabevorrichtung angeordnet und die Produkte wurden auf dem Herd vor der Ausgabe an die Außenseite des Ofens zerkleinert. Obwohl die Installationskosten durch die Installation des Zerkleinerers erhöht wurden, und die Betriebskosten durch die für den Betrieb des Zerkleinerers erforderliche elektrischen Energie und die Kosten bezüglich eines gewissen Schmelzverlustes des Feuerfestmaterials des Herdes anstiegen, war der Betrieb möglich und das Metall konnte erzeugt werden.
In jedem der Beispiele der Nr. 1 bis 10 wurde die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht an Abschnitten in Kontakt mit dem Herd nicht erweicht und in der Nähe des Ausgabeabschnittes geschmolzen.
Tabelle 2
Tabelle 3
Beispiel 2
Der nachstehende Betrieb wurde unter Verwendung der Vorrichtung von Beispiel 1 durchgeführt. Das Rohmaterial wurde an der Zuführungsöffnung des Ofens mittels der Ladevorrichtung 14 auf den Drehherd 11 unter der in 9(a) und 9(b) dargestellten Beschichtungsbedingung (Beschichtungsbedingung (A)) geladen und gestapelt. Kalkstein wurde in einer Menge von 5 Gew.-% in der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht 1 hinzugefügt. Gemäß Darstellung in Tabelle 5 hat sich herausgestellt, daß der Prozentsatz von Schwefel (S) in dem gewonnenen Metall in Fällen abgesenkt war, in welchem der Kalkstein mit der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht unter im wesentlichen denselben Betriebsbedingungen gemischt war.
Beispiel 3
Unter Verwendung der Vorrichtung von Beispiel 1 wurde der nachstehende Betrieb durchgeführt. Das Rohmaterial wurde an der Zuführungsöffnung des Ofens durch die Ladevorrichtung 14 unter der Beschichtungsbedingung oder in der Mehrschichtenform für das Rohmaterial in 13(a) und 13(b) gestapelt. In diesen Figuren war das Rohmaterial (untere Schicht) 21 und das Rohmaterial (obere Schicht) 22 in der Mischung gemäß Darstellung in der Tabelle 6 unterschiedlich. In dem Anwendungsbeispiel 16 waren nicht nur das eisenhaltige Material in der Tabelle 2, sondern auch das pulverförmige Roheisen in der Tabelle 7 als metallhaltige Materialien den Rohmaterial (untere Schicht) 21 beigemischt. Gemäß Darstellung in Tabelle 6 wurde eine gute Produktion selbst bei einer hohen Drehgeschwindigkeit unter der Bedingung der Beimischung des pulverförmigen Roheisens zu dem Rohmaterial (untere Schicht) 21 erzielt, wobei die Menge des geladenen Eisen pro Flächeneinheit identisch war und die anderen Betriebsbedingungen außer der Drehgeschwindigkeit des Ofens im wesentlichen identisch waren. Die Produktionsgeschwindigkeit war dementsprechend erhöht. In dem Anwendungsbeispiel 17 wurde trockener Hochofensammelstaub gemäß Tabelle 9 für die obere Schicht 22 des Rohmaterials verwendet und ein identisches Material, wie das im Anwendungsbeispiel 16 wurde für die untere Schicht 21 des Rohmaterials verwendet.
Da die Eigenschaften des Rohmaterials in der oberen Schicht anders waren, konnte die Produktivität nicht direkt erhöht werden, aber die Herstellung konnte ohne Probleme ausgeführt werden.
Beispiel 4
Der nachstehende Betrieb wurde unter Verwendung der Vorrichtung von Beispiel 1 durchgeführt. Das Rohmaterial wurde an der Zuführungsöffnung des Ofens mittels der Ladevorrichtung 14 auf den Drehherd 11 unter der in 9(a) und 9(b) dargestellten Beschichtungsbedingung (Beschichtungsbedingung (A)) geladen und gestapelt. Nach der Ausgabe der auf der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht erzeugten Produkte durch die Ausgabevorrichtung 15 wurden sie vollständig auf einem 3 mm Sieb gesiebt. Die gesamten das Sieb passierenden Fraktionen wurden mit dem Rohmaterial gemischt und wiederverwendet. Die wiederverwendete Menge des Rohmaterials war 1,2 bis 2% des Rohmaterials. Gemäß Darstellung Tabelle 8 wurde die Metallrückgewinnungsrate vergrößert, wenn die Betriebsbedingungen im wesentlichen identisch waren.
Tabelle 8
Beispiel 5
Der nachstehende Betrieb wurde unter Verwendung der Vorrichtung von Beispiel 1 durchgeführt. In diesem Beispiel wurde Wasser in die Abgase aus dem Ofen eingesprüht, um die Abgase abzukühlen und den Staub in den Abgasen einzufangen und zurückzugewinnen. Das Rohmaterial wurde durch die Ladevorrichtung 14 auf dem Herd 11 unter dem in 9(a) und 9(b) (Beschichtungsbedingung A) dargestellten Beschichtungsbedingung gestapelt. Das in diesem Beispiel verwendete Rohmaterial war trockener gesammelter Staub aus einem Hochofen, welcher Zn und Pb zusätzlich zu Fe als metallische Bestandteile enthielt. Ferner enthielt der trockene gesammelte Staub einen Anteil des in den Hochofen geladenen Kokses. Die Zusammensetzung ist in Tabelle 9 dargestellt. Demzufolge wurde ZnO und metallisches Pb in dem in dem Wasser eingefangenen Sekundärstaub zurückgewonnen. Der Fe-Bestandteil war kaum in dem sekundären Staub vorhanden. Ferner war der Großteil der in dem Ofen geschmolzenen, koagulierten und gewonnenen Metalle Fe, Zn und Pb war überhaupt nicht vorhanden.
Tabelle 9
Tabelle 10
Beispiel 6
Der nachstehende Betrieb wurde unter Verwendung der Vorrichtung von Beispiel 1 durchgeführt. In diesem Beispiel wurde die Temperatur in der Schmelzzone durch die Verbrennung eines sauberen Sauerstoff/Propan-Brenners kompensiert, und der Grad der Oxidation des Abgases nach der Verbrennung wurde durch Regelung des Luftverhältnisses eingestellt. Das Rohmaterial wurde durch die Ladevorrichtung 14 auf dem Herd 11 unter dem in 9(a) und 9(b) (Beschichtungsbedingung A) dargestellten Beschichtungsbedingung gestapelt. Die Ergebnisse des Betriebs sind in Tabelle 11 dargestellt. Die Produktivität wurde etwas durch die Reduktionseigenschaft der Atmosphäre gesteigert, wobei der Oxidationsgrad des Gases nach der Verbrennung, nämlich die Reduktionseigenschaft der Atmosphäre und die anderen Betriebsbedingungen außer der Drehgeschwindigkeit des Ofens im wesentlichen identisch waren.
Beispiel 7
Der nachstehende Betrieb wurde unter Verwendung der Vorrichtung von Beispiel 1 durchgeführt. In diesem Beispiel wurde eine Drehrohrofen-Vorerhitzungsvorrichtung mit einem Innendurchmesser von 1 m und 3 m Länge gemäß Darstellung in 14 verwendet, in welcher Abgase aus dem Drehrohrofen zusammen mit den Erzen eingeführt wurden und die Erze durch die Abgase vorerhitzt wurden. Die Temperatur der Abgase wurde von 1000°C auf 1100°C verändert, und die vorerhitzten Erze wurden auf etwa 500°C erhitzt. Die vorerhitzten Erze wurden in einem Mischer (1 m Innendurchmesser, 3 m Länge) eingeführt, mit Feststoff-Reduktionsmaterial (Kohle in Tabelle 12) bei normaler Temperatur gemischt und dann mittels der in 7 dargestellten Ladevorrichtung auf den Herd 11 des Drehherdofens unter den in 9(a) und 9(b) dargestellten Beschichtungsbedingungen geladen. Die Ergebnisse des Betriebs sind in Tabelle 13 dargestellt. In einem die Erze nicht vorerhitzendem Betrieb betrug die den Brennerkraftstoffen gegebene Energie und das verbrauchte Feststoff-Reduktionsmaterial 7,0 Gcal/t-Metall, während die erforderliche Energie auf etwa 6,8 Gcal/t-Metall reduziert war, wenn die auf diese Weise vorerhitzen Erze verwendet wurden.
Tabelle 12
Wie es vorstehend anhand der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, wurde reduziertes Eisen ohne wesentliche Verunreinigungen an Gangmineral und Asche, nämlich hoch begehrtes reduziertes Eisen als ein Rohmaterial für eine weitere Veredelung in einem elektrischen Ofen oder dergleichen preiswert und zuverlässig aus einem metallhaltigen Material und einem Feststoff-Reduktionsmaterial durch die Verwendung eines Drehherdofens gewonnen. Ferner kann die Beschädigung des Herdes in überraschender Weise durch die Erzeugung einer Schicht aus Feststoff-Reduktionsmaterial auf dem Herd selbst vermieden werden. Ferner wird die Handhabung des reduzierten Materials radikal durch die Erzeugung des reduzierten Materials in einer punktartigen Weise auf der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht auf dem Herd verbessert, und dadurch der Industrie ermöglicht, ein reduziertes Metall in steuerbaren Produktgrößen zu erzeugen, welches als ein Rohmaterial für eine weitere Verarbeitung in elektrischen Öfen geeignet ist.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines reduzierten Metalls aus einem metallhaltigen, reduzierbaren Material, welches umfaßt: Erzeugen einer Feststoff-Reduktionsmaterialschicht (1) auf einem sich horizontal bewegenden Herd eines Drehherdofens, wobei die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht die Herdoberfläche bedeckt; Laden und Stapeln eines reduzierbaren Rohmaterials (2) auf die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht (1); Reduzieren des Rohmaterials (2) durch Erhitzen, um ein reduziertes metallisches Rohmaterial zu produzieren; weiteres Erhitzen des reduzierten metallischen Rohmaterials, um das Rohmaterial zu schmelzen, um geschmolzenes reduziertes Metall und geschmolzene Schlacke zu produzieren; und Verfestigen des geschmolzenen Metalls (4) und der geschmolzenen Schlacke (5) dadurch gekennzeichnet, daß das reduzierbare Rohmaterial (2) in getrennten Schichten auf der Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht (1) gestapelt wird und daß das geschmolzene Metall (4) und die geschmolzene Schlacke geschmolzen und verfestigt werden, während gleichzeitig die Schichten voneinander getrennt gehalten werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das reduzierbare Rohmaterial (2) auf der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht (1) physikalisch in der Form im allgemeinen punktartiger Vertiefungen (1a) auf der Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht (1) angeordnet geladen und gestapelt wird und daß das geschmolzene Metall (4) und die Schlacke (5) einzeln in den Vertiefungen (1a) verfestigt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, welches ferner das getrennte Entfernen des verfestigten Metalls und der verfestigten Schlacke von dem Herd umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner das Stapeln des Rohmaterials (2) so umfaßt, daß beim Laden und Stapeln des reduzierbaren metallischen Rohmaterials auf der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht (1) eine Vielzahl von konvexen und konkaven Abschnitten auf der Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht (1) ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Verfahren ferner das Ausbilden einer Feststoff-Reduktionsmaterialbasisschicht auf dem Herd, das Ausbilden einer Vielzahl von konkaven Abschnitten auf der Oberfläche der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht (1) und das Einfügen beabstandeter Portionen des Rohmaterials (2) in die konkaven Abschnitte umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Flußmittel mit der Feststoff-Reduktionsmaterialschicht (1) kombiniert wird, und/oder ein Flußmittel die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht (1) abdeckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Schicht, die einer Erweichung und Schmelzung widersteht, in die Feststoff-Reduktionsmaterialschicht (1) einbezogen wird, die die Oberseite des Herdes abdeckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schichtdicke des den Herd abdeckenden Feststoff-Reduktionsmaterials etwa 5 mm oder mehr ist.
Verfahren nach Ansprüche 8, wobei die Schichtdicke etwa 10 mm oder mehr ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das reduzierbare Rohmaterial (2) in der mehrschichtigen Form angeordnet wird, die aus unterschiedlichen reduzierbaren Rohmaterialien (2) besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei Metallagglomerate und Schlackenagglomerate aus dem reduzierten Produkt gesiebt werden und das das Sieb passierende Material vollständig oder teilweise in das Rohmaterial (2) zur Wiederverwendung gemischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das reduzierbare metallische Rohmaterial (2) Zn und/oder Blei enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich der Herd in einem Drehherdofen befindet, und wobei das reduzierbare metallische Rohmaterial (2) in dem Ofen geschmolzen wird, und wobei eine reduzierende Atmosphäre in dem Drehherdofen wenigsten dort aufrechterhalten wird, wo das reduzierbare metallische Rohmaterial (2) geschmolzen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei andere Rohmaterialien (2) als das Feststoff-Reduktionsmaterial vollständig oder teilweise außerhalb des Drehherdofen vorerhitzt werden, mit dem Feststoff-Reduktionsmaterial gemischt und dann in den Drehherdofen geladen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Rohmaterial (2) Eisen umfaßt.