DE69930565T2

DE69930565T2 - Fliessbettverfahren für die Herstellung von Eisencarbid

Info

Publication number: DE69930565T2
Application number: DE69930565T
Authority: DE
Inventors: Emilio Quero Masso; David Carrasquero
Original assignee: Orinoco Iron C A Eine Ges N D; Orinoco Iron Ca (eine Ges Nd Gesetzen Des Staates Venezuela)
Current assignee: ORINOCO IRON, SCS, PUERTO ORDAZ, VE
Priority date: 1998-04-06
Filing date: 1999-04-06
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2019-04-07
Also published as: AU725744B2; CO5060551A1; AU2132799A; EP0949338A2; KR100317661B1; KR19990081797A; EP0949338B1; ATE321893T1; JPH11343512A; EP0949338A3; US6063155A; DE69930565D1; JP3342670B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisencarbid und insbesondere ein Fließbettverfahren zur Umwandlung von eisenhaltigen Metalloxiden in Eisencarbid.
Eisencarbid hat sich als sehr gut geeignetes Ausgangsmaterial für die Stahlproduktion erwiesen. Die US-Patentschriften Re 32247 und US-A-5 137 566 betreffen Verfahren zur Umwandlung von Reaktoreinsatzstoff in Eisencarbid und dann in Stahl. Ferner betrifft die US-A-5 387 274 ein Niederdruckverfahren unter Verwendung eines einzigen Mehrzonenreaktors zur Umwandlung von Eisenoxid in Eisencarbidpellets.
In der US-A 5 387 274 wird ein Verfahren zur Umwandlung von Eisenoxid in Eisencarbid bei sehr niedrigem Druck (1,2 bar) mit Bereitstellung eines Reformierungs-Reduktions-Aufkohlungs-Reaktors erörtert, bei dem man ein Einsatzgas durch Inberührungbringen mit den Eisenoxidmaterialien reformiert. Das Eisenoxidmaterial wird reduziert und danach mit einem Aufkohlungsmittel in Berührung gebracht, um die Umwandlung von Eisenoxid in Eisencarbid im Reaktor durchzuführen. Es gibt eine dynamische Temperatursteuerung zur Trennung der Reduktionszone und der Aufkohlungszone.
Die US-A 5 527 379 zeigt eine zweistufige Behandlung in Wirbelschichten zur möglichst weitgehenden Reduktion und Aufkohlung zu Fe₃C in relativ kurzer Zeit in einem wirtschaftlichen Verfahren. Die erste Stufe wird in einem zirkulierenden Wirbelschichtsystem durchgeführt, in dem der stündliche Feststoffumlauf mindestens das Fünffache des im Wirbelschichtreaktor befindlichen Feststoffgewichts beträgt und ein großer Teil des Eisengehalts der Charge vorreduziert wird. Die restliche Reduktion und die teilweise oder vollständige Umwandlung in Fe₃C werden in der zweiten Stufe in einer klassischen Wirbelschicht durchgeführt. Wasser wird aus dem Abgas aus dem zirkulierenden Wirbelschichtsystem auskondensiert, und dieses Gas wird durch Zugabe von reduzierenden Gasen aufgestärkt und wieder auf die für das Verfahren erforderliche Temperatur erhitzt. Ein Teil des wieder erhitzten Kreislaufgases wird als Fluidisierungsgas der klassischen Wirbelschicht zugeführt, und der andere Teil des Kreislaufgases wird dem Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht zugeführt. Das Abgas aus der klassischen Wirbelschicht wird als Sekundärgas dem Wirbelschichtreaktor des zirkulierenden Wirbelschichtsystems zugeführt. Das offenbarte Verfahren ist angeblich eine Verbesserung des Verfahrens von Stephens aus der US-A 5 137 566 (Druck 1 bis 3,5 bar und vorzugsweise 1 bis 2,1 bar), da das 0 bis 0,1% Kohlenstoff enthaltende reduzierte Produkt im zweiten Reaktor durch Betreiben des Verfahrens bei 1,5 bis 6 bar aufgekohlt wird. Dieses Verfahren erfordert Druckjustierungen zwischen dem ersten und dem zweiten Reaktor und ist ein Mitteldruckverfahren. Die beanspruchte Metallisierung von 70% ist gleich etwa 79 bis 80% Reduktion, was gleich 83% Gesamt-Fe und nur 58% metallischem Eisen ist.
Die vorhergehenden Verfahren sind wichtige Verbesserugen in der Technik. Es besteht jedoch nach wie vor Bedarf an weiteren Verbesserungen, beispielsweise zur Verbesserung der Transportierbarkeit von Eisencarbidprodukt und der Handhabung von Eisencarbidprodukt in Stahlbetrieben.
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Verfahrens zur Umwandlung von Eisenoxiden in Eisencarbidbriketts, die leichter transportiert und gehandhabt werden können.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Umwandlung von Eisenoxiden in Eisencarbidbriketts, die annehmbare Dichte- und Bruchindexkriterien aufweisen.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens, bei dem die Umwandlung von Eisenoxiden in Eisencarbid in mehreren Fließbettreaktoren durchgeführt wird.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Umwandlung von Eisenoxiden in Eisencarbid, bei dem der Eisenreduktionsschritt getrennt von Gasreformierungs- und Aufkohlungsreaktionen durchgeführt wird.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Umwandlung von Eisenoxiden in Eisencarbid, bei dem die Verfahrensbedingungen so ausgeführt werden, daß Eisencarbidbriketts mit annehmbarer struktureller Festigkeit bereitgestellt werden, ohne daß der Zusatz eines separaten Bindemittelmaterials erforderlich ist.
Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus dem folgenden Text hervor.
Die Probleme werden durch die Lehre gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Spezielle Ausbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Im Rahmen der Erfindung liegen alle Kombinationen von mindestens zwei der beschreibenden Elemente und technischen Merkmale, die in den Ansprüchen und/oder in der Beschreibung offenbart sind.
Erfindungsgemäß werden die obigen Aufgaben leicht gelöst und die obigen Vorteile leicht erzielt.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Umwandlung von Eisenoxid in Eisencarbid bereitgestellt, aufweisend die Schritte: Bereitstellen eines Fließbettreaktors mit einer Metallisierungszone und einer Aufkohlungszone; Zuführen von Eisenoxid zum Reaktor; Zuführen eines Reduktionsgases zum Reaktor, um in der Metallisierungszone reduziertes Eisen bereitzustellen; und Zuführen eines Aufkohlungsgases zur Aufkohlungszone, bei dem das Reduktionsgas und das Aufkohlungsgas dem Reaktor so zugeführt werden, daß sich ein (CH₄+CO)/CO₂-Verhältnis zwischen 9 und 33 ergibt, um in der Aufkohlungszone ein Eisencarbid-Endprodukt mit zwischen 2,2 Gew.-% und 6,5 Gew.-% Kohlenstoff und mindestens 80 Gew.-% metallischem Eisen bereitzustellen, wobei der Reaktor bei einem Druck von 10 bar bis zu 30 bar betrieben wird.
Weiterhin wird das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem hohen Druck unter Verwendung eines Methanüberschusses im abschließenden Aufkohlungsschritt durchgeführt, um im Eisencarbid-Endprodukt eine gewünschte Menge an Ferritoxid und metallischem Eisen bereitzustellen, welche bei Brikettierungsvorgängen als Bindemittelmaterial dient, um Briketts mit annehmbaren Kriterien bezüglich struktureller Festigkeit und Bruchindex bereitzustellen, ohne daß zusätzliche Bindemittelzusätze erforderlich sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen sowie mit Hilfe der Zeichnungen. Es zeigen:
1 schematisch ein Reaktorsystem mit mehreren Fließbetten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 einen Teil des letzten Reaktors des Systems von 1;
3 schematisch eine alternative Ausführungsform eines Systems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
4 schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Umwandlung von eisenhaltigen Oxidfeinstoffen in Eisencarbid, das ideal für die Brikettierung zur Bereitstellung von leichter transportier- und handhabbarem Eisencarbid geeignet ist, bereitgestellt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet man eine bei hohem Druck arbeitende Anordnung mit mehreren Fließbetten, in der Oxidfeinstoffe vorerhitzt, reduziert bzw. metallisiert und aufgekohlt werden, um Eisencarbidpartikel mit einer Schale aus Eisenoxid oder metallisiertem Eisen, vorzugsweise α-Eisen oder Ferrit, bereitzustellen, welches vorteilhafterweise bei nachfolgenden Brikettierungsvorgängen als Bindemittelmaterial dient, um Briketts mit annehmbaren Kriterien bezüglich mechanischer Festigkeit und Bruchindex bereitzustellen.
Bezugnehmend auf 1 ist schematisch ein System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Wie gezeigt, werden vorzugsweise mehrere Reaktoren, hier die Reaktoren 10, 12, 14 und 16, in Reihenschaltung bereitgestellt, wodurch festes teilchenförmiges Material von Reaktor zu Reaktor geführt werden kann, vorzugsweise durch Schwerkraft. In der Ausführungsform gemäß 1 weist der Reaktor 10 einen Oxideinlaß 18 auf und ist zum Strömen von teilchenförmigem Material durch Schwerkraft über Leitung 20 mit dem Reaktor 12 verbunden. Ganz analog ist der Reaktor 14 zum Strömen von teilchenförmigem Material durch Schwerkraft über Leitung 22 mit dem Reaktor 12 verbunden und der Reaktor 16 zum Strömen durch Schwerkraft über Leitung 24 mit dem Reaktor 14 verbunden.
Dem Reaktor 10 zugeführte und danach hintereinander durch die Reaktoren 12, 14 und 16 geführte Oxidfeinstoffe werden wie nachstehend beschrieben behandelt, um am Auslaß 26 des Reaktors 16 ein Eisencarbid-Endprodukt bereitzustellen.
Material in den Reaktoren 10, 12, 14 und 16 wird erfindungsgemäß mit einem Reduktionsgas behandelt, welches über einen Gaseinlaß 28 dem untersten Reaktor, Reaktor 16 in der Ausführungsform gemäß 1, zugeführt wird. Dem Reaktor 16 zugeführtes Gas wandert durch den Reaktor 16 nach oben und über Gasleitung 30 aus dem Reaktor 16 in den Reaktor 14. Nach Durchgang durch das Material im Reaktor 14 tritt Gas aus dem Reaktor 14 aus und bewegt sich durch Gasleitung 32 zum Reaktor 12. In der Ausführungsform gemäß 1 wird aus dem Reaktor 12 über Leitung 34 austretendes Kopfgas zur Entferung von Wasser und Staub behandelt und mit reformiertem Gas oder Frischgas vermischt, um die gewünschte Reduktionsgaszufuhr zur Einspeisung in den Gaseinlaß 28 bereitzustellen.
In der Ausführungsform gemäß 1 wird der Reaktor 10 als Vorerhitzungsreaktor betrieben, und dem Reaktor 10 zugeführte Oxidfeinstoffe werden durch die Verbrennung von Erdgas durch Einlaß 36 in Kombination mit über Einlaß 38 eingeleiteter vorerhitzter Luft erhitzt. Die Verbrennung von Erdgas mit Luft im Reaktor 10 wird vorzugsweise so durchgeführt, daß im Reaktor 10 Oxidfeinstoffe bei einer Temperatur zwischen etwa 720°C und etwa 840°C bereitgestellt werden.
Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß dadurch, daß der Reduktionsschritt getrennt von den Aufkohlungs- und Gasreformierungsreaktionen durchgeführt wird, die Sauerstoffkonkurrenz zwischen der Reduktions- und Aufkohlungsreaktion vorteilhafterweise vermieden werden kann. Erfindungsgemäß und wie in 1 gezeigt, wird ein Aufkohlungsgas vorzugsweise in den Reaktor 16 eingeleitet, wie durch Einlaß 40 gezeigt, vorzugsweise an einem Punkt in der dichten Phase oder dem hoch metallisierten Eisen in dem Bett des Reaktors 16, wie nachstehend noch weiter erörtert wird.
Es wurde gefunden, daß durch Zufuhr von Aufkohlungsgas zur dichten Phase Eisencarbidpartikel bereitgestellt werden können, die eine Schale aus Eisenoxid oder metallisiertem Eisen, ganz besonders bevorzugt α-Eisen oder Ferrit, aufweisen, welche bei Brikettierungsvorgängen als Bindemittel zum Zusammenbinden von Eisencarbidpartikeln unter Bildung von Briketts mit ausreichender mechanischer Festigkeit und annehmbarer Abriebfestigkeit dient.
Oxidfeinstoff-Ausgangsmaterial kann geeigneterweise ein teilchenförmiges Eisenoxidmaterial mit einer Teilchengröße von bis zu etwa 3/8 Zoll und den folgenden weiteren Merkmalen umfassen: 11,5% bis etwa 18,6% + 16 mesh; zwischen etwa 32,7 und etwa 36,83 + 0,149 mm (100 mesh) und zwischen etwa 40% und etwa 57,22 – 0,149 mm (100 mesh).
Dem Einlaß 28 zugeführtes Reduktionsgas hat vorzugsweise einen Methangehalt von mindestens etwa 22 Vol.-% und besonders bevorzugt eine Trockenbasiszusammensetzung mit Volumenanteilen zwischen etwa 58% und etwa 66% Wasserstoff, zwischen etwa 5% und etwa 9% Kohlenmonoxid, zwischen etwa 1% und etwa 4% Kohlendioxid und zwischen etwa 24% und etwa 33% Methan, Rest Stickstoff. Das Reduktionsgas wird vorzugsweise dem Reaktor 16 über Einlaß 28 bei einer Temperatur zwischen etwa 650°C und etwa 850°C und besonders bevorzugt bei einer Temperatur zwischen etwa 660°C und etwa 760°C zugeführt. Das dem Einlaß 28 zugeführte Reduktionsgas weist vorzugsweise ein (CH₄ + CO)/CO₂-Verhältnis zwischen etwa 9 und etwa 17 auf hat ein Reduktionsvermögen (H₂ + CO)/(H₂O + CO₂) zwischen etwa 19 und etwa 34.
Das bevorzugte Aufkohlungsgas ist Methan und kann aus einer beliebigen Erdgasquelle bereitgestellt und dem Gaseinlaß 40 vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen etwa 598°C und etwa 790°C zugeführt werden. Wie oben angegeben, wird Aufkohlungsgas vorzugsweise direkt der dichten Phase oder hoch metallisierten Phase von Material im letzten Reaktor 16 zugeführt.
Die Reaktoren 10–16 werden erfindungsgemäß vorzugsweise bei hohem Druck betrieben, beispielsweise bis zu 30 bar, und besonders bevorzugt bei einem Druck zwischen etwa 10,5 bar und etwa 12,5 bar.
Die Reaktoren 10–16 werden erfindungsgemäß vorzugsweise so betrieben, daß sie eine Vorheizzone bzw. ein Vorheizbett, vorzugsweise im Reaktor 10, eine Reihe von Reduktionszonen bzw. -betten in den Reaktoren 12 und 14 und ein Reduktionsbett bzw. eine Reduktionszone sowie ein Aufkohlungsbett bzw. eine Aufkohlungszone im letzten Reaktor 16 definieren. Somit wird die Reduktion vor dem Eintragen in die Aufkohlungszone in einer Reihe von Reduktionszonenteilen gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt. So kann die Reduktionszone im Reaktor 12 beispielsweise als Vorheizzone oder Vorheizbett bezeichnet werden, und aus dem Reaktor 12 austretendes vorreduziertes Material kann vorzugsweise etwa 75 Gew.-% Eisen enthalten und einen Metallisierungsgrad zwischen etwa 2% und etwa 12% aufweisen, während aus dem Reaktor 14 austretendes Material geeigneterweise so weiter metallisiert oder reduziert werden kann, daß es einen Metallisierungsgrad zwischen etwa 10% und etwa 78% und vorzugsweise etwa 75% aufweist.
Bezugnehmend auf 2 ist ein Teil des letzten Reaktors mit dem Reduktionsgaseinlaß 28 und dem Aufkohlungsgaseinlaß 40 gezeigt. Wie gezeigt, geht Reduktionsgas durch Einlaß 28 und eine Reihe von Gasverteilungsdüsen, die bei 42 schematisch dargestellt sind, und kommt mit Material im Reaktor 16 in Berührung. Wie gezeigt, stellt der Strom von Reduktionsgas durch den Einlaß 28 eine Zone 44 von dem Strahleffekt von durch die Düsen 42 hindurchgehendem Gas unterliegendem Material, eine weitere Zone 46 von dichter Phase oder aufgekohltem Material und eine Zone 48, die den letzten Teil des zu reduzierenden Materials enthält, bereit. Wie gezeigt, ist der Einlaß 40 für Aufkohlungsgas vorzugsweise so positioniert, daß Aufkohlungsgas direkt in die die dichte Phase enthaltende Zone 46 eingetragen wird, um die kombinierte katalytische Wirkung von Eisenoxid, metallisiertem Eisen und Eisencarbid in diesem Bereich auszunutzen, die Aktivität zur Verstärkung der Abscheidung von massivem Kohlenstoff aufweist. Aus dem Reaktor 16 wird aufgekohltes Endmaterial bereitgestellt, das mindestens etwa 80 Gew.-% Eisen, besonders bevorzugt mindestens etwa 91 Gew.-% Eisen, und zwischen etwa 2,2 Gew.-% und etwa 6,5 Gew.-% Kohlenstoff enthält.
Weiterhin ist es gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt, daß Reduktionsgas und Aufkohlungsgas dem Reaktor 16 so zugeführt werden, daß sich ein (CH₄ + CO)/CO₂-Verhältnis zwischen 9 und 33 ergibt. Des weiteren wird Gas dem Reaktor 16 vorzugsweise in solchen Mengen zugeführt, daß sich in den Reaktoren 10–16 eine Gasleerrohrgeschwindigkeit zwischen etwa 97,536 cm/sec (3,2 ft/sec) und etwa 137,16 cm/sec (4,5 ft/sec) ergibt. Diese Gasleerrohrgeschwindigkeit dient vorteilhafterweise zur schnellen Entfernung von Wasserdampf aus den Reaktoren sowie zur Bereitstellung einer ausreichenden Zufuhr von Wasserstoff als Hauptreduk tionsmittel des Verfahrens. Eine höhere Leerrohrgeschwindigkeit führt auch zu einer kürzeren Verweilzeit und daher zu einer höheren Produktivität des Verfahrens.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung und den obigen Ausführungen über Leitung 34 aus dem Reaktor 12 austretendes Kopfgas vorzugsweise entstaubt und entwässert, beispielsweise in Reaktor 50. Das entwässerte und entstaubte Gas wird dann vorzugsweise durch einen Verdichter 52 geführt und kann dann geeigneterweise in zwei Gasströme aufgeteilt werden.
Der erste Strom wird in Leitung 54 mit heißem frischem Reduktionsgas vermischt, das geeigneterweise mit zwischen etwa 86% und etwa 88% Wasserstoff, zwischen etwa 4% und etwa 4,5% Kohlenmonoxid, zwischen etwa 0,5% und etwa 1,0% Kohlendioxid, zwischen etwa 4,5% und etwa 6% Methan, zwischen etwa 2% und etwa 3% Wasserdampf und Rest Stickstoff bereitgestellt werden kann. Diese Mischung aus zurückgeführtem Kopfgas und reformiertem Frischgas wird vorzugsweise erhitzt, beispielsweise in der Heizvorrichtung 56, um Reduktionsgas mit der oben beschriebenen Zusammensetzung bereitzustellen. Dieses Reduktionsgas wird, wie in 1 gezeigt, dem Einlaß 28 des Reaktors 16 zugeführt.
Der andere Teil oder Strom von Kopfgas aus dem Verdichter 52 kann geeigneterweise über Leitung 58 der Heizvorrichtung 56 als Brennstoff zugeführt werden. Hierbei kann Kopfgas aus der Leitung 58 geeigneterweise mit zusätzlichem Erdgas, das aus einer gemeinsamen Quelle mit dem dem Einlaß 40 zugeführten Erdgas stammen kann, vermischt werden, um einen geeigneten Brennstoff für die Heizvorrichtung 56 bereitzustellen.
3 illustriert eine alternative Ausführungsform eines Systems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ähnlich wie 1 enthält dieses System die Reaktoren 10, 12, 14 und 16, die für den Strom von zu verarbeitendem Oxidmaterial wie oben erörtert angeordnet sind. In der Ausführungsform gemäß 3 wird Kopfgas jedoch nicht aus dem Reaktor 12, sondern aus dem Reaktor 10 abgezogen. Des weiteren wird bei dieser Ausführungsform keine Verbrennung in Reaktor 10 zur Bereitstellung einer Vorheizfunktion durchgeführt. Gewünschtenfalls können dem Reaktor 10 vorerhitzte Reaktoren vorgeschaltet werden.
Des weiteren wird aus dem Reaktor 10 über Leitung 60 zurückgeführtes Gas bei dieser Ausführungsform zur Entfernung von Wasser und Staub dem Reaktor 50 zugeführt und dann in zwei Teile aufgeteilt. Der erste Teil wird bei dieser Ausführungsform dem Verdichter 52 und danach zur Entfernung von Kohlendioxid dem Reaktor 62 zugeführt. Auf diese Art und Weise kann mit Reformiergas vermischtes zurückgeführtes Kopfgas so manipuliert werden, daß das Ausmaß der Kohlenstoffabscheidung im Eisencarbid-Endprodukt wie erfindungsgemäß gewünscht gesteuert werden kann. Der andere Kopfgasteil wird gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorzugsweise durch Leitung 66 geführt und wie gewünscht mit Erdgas vermischt, um einen geeigneten Brennstoff für die Heizvorrichtung 56 wie gewünscht bereitzustellen. In allen anderen Belangen arbeitet das System gemäß 3 auf ähnliche Art und Weise wie das System gemäß 1.
Wie oben ausgeführt und unter Bezugnahme auf 4 werden Eisencarbidpartikel aus dem Auslaß 26 des Reaktors 16 vorzugsweise einem Strom von inertem Trägergas ausgesetzt, der vorteilhafterweise dazu dient, die Menge oder Dicke der Schale aus Ferritmaterial auf derartigen Partikeln steuern zu können. Geeignetes inertes Trägergas kann beispielsweise eine Zusammensetzung mit Volumenanteilen zwischen etwa 4% und etwa 12% Kohlendioxid, Rest Stickstoff, aufweisen. Wenn Eisencarbidpartikel sofort einem Heißbrikettiervorgang zugeführt werden sollen, kann Inertgas geeigneterweise als Träger zum Tragen derartiger Partikel oder Pellets zu einer Brikettierstation 68, beispielsweise über Leitung 70, verwendet werden. Alternativ dazu und ebenfalls in 4 gezeigt, kann es bevorzugt sein, die resultierenden Eisencarbidpartikel aus Auslaß 26 abzukühlen, und Eisencarbidpartikel können daher der Abkühlstation 72 zugeführt werden, in der sie einem kühlenden Inertgasstrom gemäß obiger Beschreibung ausgesetzt werden, um kalte kohlenstoffreiche Eisencarbidpartikel bereitzustellen. Diese Partikel können natürlich zu einem späteren Zeitpunkt einem Brikettierschritt oder -vorgang unterworfen werden.
Ferner versteht es sich, daß die vorliegende Offenbarung zwar mit einem einzigen Vorheizreaktor 10 und zwei Reduktionsreaktoren 12, 14 in 1 und drei Reduktionsreaktoren 10, 12, 14 in der Ausführungsform gemäß 3 vorgestellt wird, aber natürlich eine größere oder kleinere Zahl jedes Reaktortyps verwendet werden könnte, wobei der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Eisencarbidpartikel direkt aus eisenhaltigen Oxidfeinstoffen hergestellt werden und gewünschtenfalls direkt einem Brikettierschritt zur Bildung von Eisencarbidbriketts ohne zusätzliche Bindemittel oder andere Materialien zugeführt werden. So hergestellte Briketts haben hervorragende Eigenschaften bezüglich mechanischer Festigkeit und Bruchindex.
BEISPIEL I
Zur Demonstration der hervorragenden Eigenschaften von erfindungsgemäß hergestelltem Eisencarbid wurde ein System gemäß 1 zur Herstllung von Eisencarbidfeinstoffen und -briketts verwendet. Der Eisengesamtgehalt, der Gehalt an metallisiertem Eisen, die Metallisierung in Prozent, der Kohlenstoffgehalt in Prozent und die Dichte für eine Reihe von erfindungsgemäß hergestellten Proben sind in nachstehender Tabelle I aufgeführt. TABELLE I Beispiel für die Herstellung von Eisencarbid (Temperaturbereich im Metallisierungs-Aufkohlungs-Reaktor 650–790°C)
Wie gezeigt, weist jede erfindungsgemäß hergestellte Probe hervorragende Eigenschaften zur Verwendung als Ausgangsmaterial bei Stahlherstellungsverfahren auf.

Claims

Verfahren zur Umwandlung von Eisenoxid in Eisencarbid, aufweisend die Schritte: Bereitstellen eines Fließbettreaktors mit einer Metallisierungszone und einer Aufkohlungszone; Zuführen von Eisenoxid zum Reaktor; Zuführen eines Reduktionsgases zum Reaktor, um reduziertes Eisen in der Metallisierungszone bereitzustellen; und Zuführen eines Aufkohlungsgases zur Aufkohlungszone, bei dem das Reduktionsgas und das Aufkohlungsgas zum Reaktor so zugeführt werden, dass sich ein Verhältnis von (CH₄ + CO)/CO₂ zwischen 9 und 33 ergibt, um ein Eisencarbidendprodukt in der Aufkohlungszone mit zwischen 2.2 Gew.% und 6.5 Gew.% Kohlenstoff und wenigstens 80 Gew.% metallischem Eisen bereitzustellen, wobei der Reaktor bei einem Druck von 10 bar bis zu 30 bar betrieben wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 mit zwischen 80 Gew.% und 85 Gew.% metallischem Eisen.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das endgültige Eisencarbidprodukt 84 Gew.% Eisen hat.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das endgültige Eisencarbidprodukt wenigstens 91 Gew.% Eisen hat.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Reaktor bei einem Druck von zwischen 10 und 20 bar betrieben wird.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei der Reaktor bei einem Druck von zwischen 10.5 und 12.5 bar betrieben wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Eisenoxidbeschickungsschritt aufweist: Beschicken von Eisen enthaltenden Oxidfeinstoffen zum Reaktor.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Oxidfeinstoffe eine Teilchengröße von zwischen 18.6% + 16 mesh und 57.22% – 100 mesh haben.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Reduktionsgas eine Trockenbasiszusammensetzung mit Volumenanteilen von zwischen 58% und 66 Wasserstoff, zwischen 5% und 9% Kohlenmonoxid, zwischen etwa 1% und etwa 4% Kohlendioxid und zwischen 24% und 33% Methan, Rest Stickstoff hat.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Reduktionsgas zum Reaktor bei einer Temperatur zwischen 650°C und 850°C, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 660°C und 760°C beschickt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Aufkohlungsgas zur Aufkohlungszone bei einer Temperatur von zwischen 598°C und 790°C beschickt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Aufkohlungsgas Methan ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Bereitstellungsschritt aufweist: Bereitstellen des Fließbettreaktors mit einer Vorheizzone, der Metallisierungszone und der Aufkohlungszone und wobei das Eisenoxid zur Vorheizzone zum Aufheizen auf eine Temperatur von zwischen 720°C und 840°C beschickt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei vorgeheiztes Eisenoxid aus der Vorheizzone austritt und in die Metallisierungszone eintritt und wobei metallisiertes Eisen aus der Metallisierungszone austritt und in die Aufkohlungszone eintritt.
Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei der Fließbettreaktor aufweist: Eine Vielzahl von Reaktoren umfassend eine die Vorheizzone definierenden ersten Reaktor, wenigstens einen Teile der Metallisierungszone definierenden zweiten Reaktor, und einen einen Endteil der Metallisierungszone definierenden und die Aufkohlungszone definierenden dritten Reaktor.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei teilweise metallisiertes Material vom zweiten Reaktor zum dritten Reaktor beschickt wird mit einem Metallisierungsanteil zwischen 10 Gew.% und 78 Gew.% oder wobei teilweise metallisiertes Material vom zweiten Reaktor zum dritten Reaktor zugeführt wird mit einem Metallisierungsanteil von 75%.
Verfahren gemäß Anspruch 1, weiter aufweisend den Schritt: Formen von Briketts aus dem Eisencarbidprodukt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das endgültige Eisencarbidprodukt charakterisiert ist durch Eisencarbidpartikel mit einer Schale aus Ferritmaterial.
Verfahren gemäß Anspruch 18, weiter aufweisend den Schritt: Brikettieren der Eisencarbidpartikel, um Eisencarbidbriketts bereitzustellen, wobei das Ferritmaterial die Partikel zusammenbindet.
Verfahren gemäß Anspruch 18, weiter aufweisend den Schritt: Aussetzen der Eisencarbidpartikel an einen Inertgasstrom, wobei eine Menge des Ferritmaterials in der Schale gesteuert werden kann.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Aufkohlungszone eine Kombination von Gesamteisen von 90 Gew.% bis 95 Gew.% und metallischem Eisen von 80 Gew.% bis 85 Gew.% umfasst, welches eine Mehrfachrolle, wie die eines Katalysators für die Kohlenstoffdeposition und die Eisencarbidbildung, hat.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Aufkohlungszone umfasst: einen kombinierten Eisengesamtgehalt von 93 Gew.% und metallischem Eisen von 84 Gew.%, welches eine Mehrfachrolle, wie die eines Katalysators zur Kohlenstoffdeposition und Eisencarbidbildung, hat.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei das Reduktionsgas und das Aufkohlungsgas zum Reaktor beschickt werden, um eine Flächen-Gas-Geschwindigkeit in dem Reaktor zwischen 97.536 cm/sec (3.2 ft/sec) und 137.16 cm/sec (4.5 ft/sec) bereitzustellen.