DE69932357T2

DE69932357T2 - Verfahren zur herstellung von eisenschmelze im duplexofen

Info

Publication number: DE69932357T2
Application number: DE69932357T
Authority: DE
Inventors: E. Glenn Lancaster HOFFMAN; D. Ronald Bethel Park GRAY
Original assignee: Midrex Technologies Inc
Current assignee: Midrex Technologies Inc
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2019-10-30
Also published as: AU761344B2; CN100343396C; CA2346977C; ATE332982T1; WO2000026420A1; CA2346977A1; EP1144696B1; ES2272090T3; JP4060034B2; CN1330723A; AU1810400A; EP1144696A4; DE69932357D1; US6251156B1; JP2002528645A; TW518366B; AR021028A1; EP1144696A1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren für die Herstellung von geschmolzenem Eisen in einer kontinuierlichen Duplex-Ofen-Operation. Genauer gesagt bezieht sich diese Erfindung auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Verarbeiten von heißem, direktreduziertem Eisen in einem elektrischen Schmelzofen.
Hintergrund der Erfindung
Ein poröser Presskörper mit niedriger Dichte einer vorbereiteten Mischung wurde in der Vergangenheit verwendet, der Silika-Gase, fein unterteilte kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel, wie z. B. Petrolkoks oder Kohle, und optimalerweise Eisen und ein Bindemittel enthielt.
Eine Reduktion wurde in der Vergangenheit durch Verwenden von Abgas ausgeführt, das durch einen Verhüttungsofen in einem Drehherdofen erzeugt wurde. Ein Betriebsverfahren wurde gefördert, das weniger Energie und einen kleineren Verhüttungsofen erforderte, durch Einbringen gasförmiger Reduktionsmittel und Kraftstoff in den Drehherdofen.
Ein Verfahren zum Herstellen eines geschmolzenen Ferrolegierungsprodukts wurde in einem Schmelzofen ausgeführt, aus einem Zuführbrikett aus metallisiertem Eisen, granuliertem Legierungsmetalloxid und einem kohlenstoffhaltigen Material.
Ein verbessertes Verfahren, das unter dem Markennamen oder Markenzeichen von FASTMET bekannt ist, und eine Vorrichtung zum Herstellen von direkt reduziertem Eisen aus Eisenoxid und eisenhaltigem Material und Kohlenstoff-Presskörpern, die nicht mehr als zwei Schichten tief auf einen Drehherd gelagert sind und durch Erwärmen der Pressteile auf Temperaturen von ungefähr 1.316° bis 1.427°C für eine kurze Zeitperiode metallisiert werden. Für ein allgemeines Verständnis der bekannten Technik ist das U.S.-Patent Nr. 5,730,775 hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
Bauer, K. H., u. a., Stahl und Eisen, Bd. 110, Nr. 7, 13. Juli 1990, Seiten 89-96, offenbart einen Prozess zum „Recycling of Metallurgical Waste According To The Inmetco Direct Reduction Process" (Recyceln von metallurgischem Müll gemäß dem Inmetco Direktreduktionsprozess). Bauer u. a. lehrt einen Prozess zum Wiederaufbereiten von eisenreichem metallurgischem Müll unter Verwendung eines Prozesses zum Bilden von vorgemischten grünen Pellets, der den Eisenmüll und die kohlebasierten feinkörnigen Reduktionsmittel kombiniert, um Pellets herzustellen, die dann in einen Drehherdofen zugeführt werden. Die Eisenpellets oder -briketts werden auf 1.250°C erwärmt, dann wird das Eisenoxid zu Schwammeisen reduziert. In einem nachfolgenden Prozess kann das Schwammeisen in einem Lichtbogenofen raffiniert werden, was zu einem schwefelarmen Metall führt, das geeignet zum Laden in die LD-Stahlherstellungsanlage ist. Bauer u. a. hat den potentiellen Nutzen dieses Prozesses erkannt und die Herstellung einer Vorführanlage wird gegenwärtig überdacht.
Alle Hauptstahlherstellungsprozesse erfordern die Eingabe von eisenhaltigen Materialien als Prozesseinsatzmaterial. Bei einem Stahlherstellungsprozess, der einen standardmäßigen Sauerstoffofen verwendet, sind die eisenhaltigen Zuführmaterialien üblicherweise Hochofen-Heißmetall und -Stahlschrott. Eine umfassend verwendete Eisenquelle ist ein Produkt, bekannt als direktreduziertes Eisen („DRI"; Direct Reduced Iron), das durch die Festkörperreduktion von Eisenerz oder Eisenoxid zu metallisiertem Eisen ohne die Bildung von flüssigem Eisen erzeugt wird. Metallisiert in diesem Sinn und in dieser Spezifikation bedeutet nicht beschichtet mit Metall sondern bedeutet im Wesentlichen reduziert in den metallischen Zustand.
In der Industrie werden Verbesserungen für Ofenmodifikationen und verbesserte Verfahren einer Operation gesucht, die eine effiziente, kontinuierliche Herstellung von hochreinem Eisen mit einem Kohlenstoffgehaltbereich schaffen, in dem Eisenoxide effizient zu gereinigtem Eisen in dem Prozess reduziert werden, während Schlackekomponenten von dem gereinigten Eisen getrennt werden.
Genauer gesagt sucht die Stahlherstellungsindustrie nach einem hochreinen Eisenprodukt mit einem spezifizierten Kohlenstoffgehaltbereich, einem spezifiziertem Bereich von Silizium- und Mangan-Gehalt und einem niedrigen Schwefel- und einem niedrigen Phosphorgehalt. Ein Schmelzeisenprodukt dieser Qualität wird üblicherweise durch einen Hochofen erzeugt oder nach einer Hochofenerzeugung konditioniert. Andere Schmelzvorrichtungen, wie z. B. herkömmliche Lichtbogenöfen oder Submers-Lichtbogenöfen erzeugen geschmolzenes Eisen mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung, bei dem der bevorzugte reduzierte Siliziumgehalt nicht effizient erreicht wird. Der Grund, warum alternative Schmelzvorrichtungen die Anforderungen im Hinblick auf chemische Zusammensetzung der Industrie für heißes Metall nicht erfüllen können ist, dass diese Öfen nicht in der Lage sind, die notwendigen simultanen Bedingungen für ein optimales thermodynamisches Prozessgleichgewicht und ein schnelles Schmelzen zu liefern. Das erfundene Verfahren schafft die Umgebung sowie die Prozessflexibilität derart, dass der gewünschte Siliziumgehalt in dem heißen Metall ohne Weiteres erreicht (erhöht oder verringert) werden kann, durch Einstellen der Leistungseingabe hin zu der elektrischen Schmelzvorrichtung (Temperatur).
Zusammenfassung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 1 führt kontinuierlich Material zu, das Eisenoxid- und Kohlenstoffverbindungen enthält, in eine Sequenz aus Heiß-Prozess-Schritten. Der erste Heiß-Prozess-Schritt verwendet einen Drehherdofen, der unter dem Schmelzpunkt des Materials arbeitet, was eine Vorreduzierung des Materials bewirkt. Das Austrittsmaterial aus dem Drehherdofen wird kontinuierlich und hermetisch in eine elektrische Schmelzvorrichtung eingebracht, wobei das Material weiter bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt des Materials reduziert wird. Das Material, das aus dem Vorreduktions-Drehherdofen austritt ist nie Luft ausgesetzt und wird zwischen dem Austrittstor des Vorreduktionsofens und dem Eintritt in die elektrische Schmelzvorrichtung nicht gekühlt. Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt eine hochreine Eisenschmelze, die einen spezifizierten Prozentsatz an Kohlenstoff enthält. Startmaterialien werden in den Drehherd-Vorreduktionsprozess in Schichten in der Form von Pressteilen eingebracht (z. B. komprimiertes Material). Das vorreduzierte Material aus dem Drehherdschritt wird kontinuierlich und direkt in den mittleren Innenbereich der elektrischen Schmelzvorrichtung zugeführt. Die elektrische Schmelzvorrichtung wird bei einer Temperatur gehalten, die den Schmelzpunkt des Materials überschreitet, und der Eintritt von Sauerstoff wird minimiert, um eine effiziente Reduktion zu garantieren. Ein hochreines Eisenprodukt wird periodisch aus der elektrischen Schmelzvorrichtung entnommen und bei einer Temperatur von 1.150°C bis 1.630°C abgegriffen.
Das Verwendung eines Vorreduktionsschrittes der Erwärmung von eisenhaltigen Pressteilen in einem Drehherdofen, dann das direkte und kontinuierliche Zuführen des kohlenstoffenthaltenen, metallisierten Eisens in eine elektrische Schmelzvorrichtung, bewirkt ein Produkt mit sehr hohem Eisengehalt, das hohe Prozentsätze von Kohlenstoff aufweist. Ferner sind Schmelzprozessbedingungen derart, dass der Schwefelgehalt minimiert wird, ein Teil des SiO₂ wird zu Silizium reduziert und ein Teil von MnO wird zu Mangan im Endprodukt reduziert. Daher wird ein Produkt mit einem sehr wünschenswert hohen Eisengehalt zur Verwendung durch die Stahlherstellungsindustrie geschaffen.
Ziele der Erfindung
Es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Erreichen einer effizienten Reduktion von eisenoxidhaltigen Materialien bei erhöhten Temperaturen in einer Reihe von Öfen zu schaffen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, um eine effiziente, kontinuierliche Herstellung von hochreinem Flüssigeisen mit Konzentrationen von ungefähr 1 % bis ungefähr 5 % Kohlenstoff bei erhöhten Temperaturen in einer Reihe von Öfen mit einer Abtrennung von Schlackekomponenten von dem gereinigten, flüssigen Eisen-Kohlenstoff-Endprodukt zu erreichen.
Ein zusätzliches Ziel der Erfindung ist das Schaffen eines Verfahrens zum Entschwefeln von hochreinem Eisen und Reduzieren von Verschmutzungen in direkt reduziertem Eisen durch kontinuierliches Beschicken einer elektrischen Schmelzvorrichtung.
Die Ziele der Erfindung werden durch ein Verfahren zum Herstellen von hochreinem Eisen und einem Produkt mit hohem Kohlenstoffprozentsatz aus eisenoxidhaltigen Materialien gemäß Anspruch 1 erfüllt, das folgende Schritte aufweist: Schaffen eines Ofens für eine Direktreduktion von eisenoxidhaltigen Materialien, die Kohlenstoff enthalten, in der Form von Pressteilen, Schichten der Eisenoxid- und Kohlenstoffhaltigen Pressteile in den Ofen, Vorreduzieren von Eisenoxid- und Kohlenstoff-Pressteilen, Erreichen des Vorreduktionsschritts in einem Ofen, der eine Drehherdoberflä che aufweist, wobei der Vorreduktionsschritt heißes, kohlenstoffenthaltendes, metallisiertes Eisen erzeugt, dann Verwenden eines elektrischen Schmelzvorrichtungsofens zum Aufnehmen von heißem, kohlenstoffenthaltendem, metallisiertem Eisen aus dem Vorreduktionsschritt, wobei der zweite Heiß-Prozess-Schritt das Platzieren des elektrischen Schmelzvorrichtungsofens in großer Nähe zu dem Drehherdofen umfasst. Nach dem Drehherdofenschritt wird das heiße, feste kohlenstoffenthaltende, metallisierte Eisenmaterial verwendet, um direkt und kontinuierlich eine Schmelzvorrichtung zu beschicken. Die Charge wird in den zentralen Innenbereich der elektrischen Schmelzvorrichtung am nächsten zu der Schmelz-Eisen-Bad/Elektrode-Schnittstelle eingefügt, oder bei anderen elektrischen Schmelzvorrichtungen in die Region mit minimaler Schlacke eingefügt, wodurch ein schnelles Erwärmen des kohlenstoffenthaltenden, metallisierten Eisens auf Verflüssigungstemperaturen bewirkt wird, während der Eintritt von Sauerstoff minimiert wird, um optimale Reduktionsbedingungen sicherzustellen. Zuletzt wird das hochreine Eisenprodukt aus der elektrischen Schmelzvorrichtung periodisch entnommen, ohne die kontinuierliche Operation der Öfen zu unterbrechen. Das Verfahren des Verwendens eines Vorreduktionsschrittes der Erwärmung von kohlenstoffenthaltenden Eisenoxidpressteilen in einem Drehherdofen und dem direkten, kontinuierlichen und hermetischen Zuführen des heißen, festen, kohlenstoffenthaltenden, metallisierten Eisens aus diesem Ofen in eine elektrische Schmelzvorrichtung schafft ein Produkt mit hohem Eisengehalt mit hohen Kohlenstoffprozentsätzen mit einer wesentlichen Entschwefelung des Produkts, einer bedeutenden Reduktion von Siliziumoxiden zu Silizium und einer Reduktion von Manganoxiden zu Mangan.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorangehenden und andere Ziele werden besser offensichtlich durch Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen, in denen:
1 ein Flussdiagramm des Verfahrens zum Herstellen von hochreinem Eisen gemäß dieser Erfindung ist.
2 eine diagrammartige Draufsicht des Drehherdofens gemäß der Erfindung ist.
3 ein vertikaler Querschnitt einer typischen elektrischen Schmelzvorrichtung eines Drei-Phasen-Lichtbogenofens zur Verwendung mit der Erfindung ist.
Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Erfindung wird nun hierin nachfolgend umfassender Bezug nehmend auf die beliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist. Die Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen verkörpert sein und sollte nicht derart betrachtet werden, dass sie auf die hierin ausgeführten Ausführungsbeispiele beschränkt ist; stattdessen ist dieses Ausführungsbeispiel so vorgesehen, dass diese Offenbarung tiefgreifend und vollständig ist und den Schutzbereich der Erfindung Fachleuten auf dem Gebiet übermittelt. Gleiche Bezugszeichen bezeihen sich durchgehend auf gleiche Elemente.
Bezug nehmend nun auf 1 verwendet das Gesamtverfahren 10 einen ersten und zweiten heißen Prozess, um das gewünschte Endprodukt zu erzeugen. Die Eingabematerialien bestehen aus: Eisenoxiden 12 oder eisenhaltigen Abfallmaterialen, wie z. B. Staub, Schlamm, Walzzunder oder einer Kombination derselben 22; Reduktionsmitteln 14, wie z. B. Kohlepulver, Feinkohle oder anderen kohlenstoffhaltigen Materialien; Schlackebildnern 16, wie z. B. SiO₂, CaO, Al₂O₃, CaF₂ (Flussspat) und/oder MgO; und einem Bindemittel 18. Diese Materialien werden in Pressteile 19 gebildet, vorzugsweise in der Form von einheitlich dimensionierten Briketts oder Pellets. Die Pressteile füllen den Trichter 20, aus dem sie kontinuierlich zu einem Eingangstor eines Drehherdofens 28 zugeführt werden. Die eisenoxidhaltigen Pressteile werden in einer Schicht oder mehreren Schichten über der Herdoberfläche 42 platziert. Der Herd dreht sich und bewegt das Material weiter durch zwei oder mehr heiße Zonen, die eine Reduktion der Oxide bewirken, ohne dass das Material flüssig wird. Das Austrittsmaterial, vorreduziertes Eisen, DRI, dieses ersten heißen Prozesses ist 70 %-95 % metallisiertes Eisen bei einer Temperatur von ungefähr 700°C bis ungefähr 1.100°C. Das vorreduzierte DRI-Material wird direkt, hermetisch und kontinuierlich über einen Zuführ-Strang 29 von dem Drehherd übermittelt, um eine elektrische Schmelzvorrichtung 34 zu beschicken. Das DRI wird direkt und kontinuierlich in die Mittelposition der Schmelzvorrichtung zugeführt, wo es sehr schnell (innerhalb von Sekunden) verflüssigt wird. Die Schmelzvorrichtung verfeinert das flüssige Eisenmaterial ebenfalls weiter. Der Gehalt des Endeisenmaterials kann ohne Weiteres modifiziert werden, durch Steuern der Bedingungen in dem Ofen. Schlackemodifizierer 32 oder Kohlenstoffmaterialien 31 können nach Bedarf verwendet werden, um das Endausgangsmaterial und/oder die Viskosität der Schlacke zu steuern. Die Schmelzvorrichtung wird periodisch abgegriffen, um einen Teil der Schlacke 38 und nachfolgend das Flüssigeisenprodukt 36 zu entnehmen. Kohlenstoffmaterialien 31 können nach dem Abgreifen hinzugefügt werden. Hochreines, geschmolzenes Eisen mit spezifiziertem Kohlenstoff und Silizium und äußerst niedrigem Schwefel können bei einer Austrittstemperatur von ungefähr 1.300°C bis ungefähr 1.700°C innerhalb der Bereiche erhalten werden, die in Tabelle 1 gegeben sind. Die Positionen innerhalb jedes Bereichs kann spezifiziert sein.
Tabelle 1
Das Vorangehende ist ein kurzer Überblick des Verfahrens. Die Details werden nun in einer Erörterung der verwendeten Vorrichtung ausgeführt.
Es wird Bezug auf 2 für die Elemente des Drehherdofens 28 genommen. Eine Wärmeerzeugung kann durch feste Gasbrenner, kippende Gasbrenner oder anderer Vorrichtungen zum Erwärmen eines Ofens erreicht werden. Die Eingabematerialien aus dem Trichter 20 sind Pressteile 19, die aus Eisenoxiden 12 und/oder eisenhaltigen Abfallmaterialien 22, Reduktionsmitteln 14, wie z. B. Kohlepulver, Feinkohle und anderen kohlenstoffhaltigen Materialien; Schlackebildnern 16, wie z. B. SiO₂, CaO, Al₂O₃, CaF₂ (Flussspat) und/oder MgO und einem Bindemittel 18 bestehen. Der Förderer 21 kann ein Vibrationszuführförderer oder ein anderer standardmäßiger kontinuierlicher Band-, Pneumatik- oder Spiral-Förderer von pelletgroßen Materialien sein. Die Pressteile 19 enthalten Schlackebildner-Zuführmaterial 16 mit CaO- und/oder MgO-Zusätzen, so dass das Kalk/Silika-, C/S-Verhältnis (% CaO/% SiO₂) und/oder „V"-Verhältnis (% CaO + % MgO)/(% SiO₂ + % Al₂O₃) für eine spezifische Zusammensetzung zugeschnitten werden kann, die dann eine Entschwefelung des Bades durch die Schlacke beeinflusst, die in der Schmelzvorrichtung erzeugt wird. Siehe Tabelle 2.
Tabelle 2
Die Platzierung des Materials in dem Drehherdofen umfasst das Schichten von eisenoxidhaltigen Materialpressteilen 19 auf die Herdoberfläche 42 in einer einzelnen Schicht (100 Beladung) oder mehreren Schichten (z. B. 200 % Beladung). Das Beladen wird erreicht durch die Rate, mit der Pressteile zu dem Ofen geliefert werden, in Kombination mit der Höhe eines Glattstreichers 44 über der Herdoberfläche. Dieser Prozess ist geeignet zum einheitlichen Erwärmen der Pressteile und erzeugt eine einheitliche chemische Zusammensetzung des DRI-Produkts.
Das metallisierte Eisenmaterial, das aus dem Drehherdofen 28 des Vorreduktionsschrittes entladen wird, umfasst Schwefel-, Phosphor- und Metalloxid-Verbindungen aus Schlackebildnern, die in den eisenhaltigen Zuführmaterialien enthalten sind, Reduktionsmittelasche. Das heiße DRI-Produkt enthält ausreichend Kohlenstoff, um eine Karbonisierung des heißen Metalls in der elektrischen Schmelzvorrichtung 34 sowie eine Reduktion des restlichen FeO und eine Teilreduktion (ungefähr 1 % bis ungefähr 99 %) anderer Oxidspezies wie z. B. SiO₂ und MnO aufzunehmen, plus jeglichen überschüssigen Kohlenstoff wie durch den Prozess erforderlich ist. Die Temperatur des Austrittsmaterials aus dem Drehherdofen 28 sollte vorzugsweise im Bereich von ungefähr 700°C bis ungefähr 1.100°C sein. Das kohlenstoffenthaltende, metallisierte Eisenprodukt aus dem Drehherdofen 28 wird auf ungefähr 70 % bis 95 % Eisengehalt auf der Herdoberflä che metallisiert. Das Material wird direkt, kontinuierlich und hermetisch gefördert, um eine elektrische Schmelzvorrichtung durch den Zuführstrang 29 zu beschicken, der ein Entladungsförderer ist.
Es wird Bezug auf 3 genommen, die ein diagrammartiger Querschnitt einer typischen elektrischen Schmelzvorrichtung 34 ist. Verschiedene Typen von elektrischen Schmelzvorrichtungen können für diese Anwendung angepasst werden. Es gibt zwei Grundtypen, Lichtbogentypen und Induktionstypen. Jeder Typ kann verwendet werden. Lichtbogentypen sind zur Verwendung bevorzugt. Es gibt eine Anzahl von Variationen bei Lichtbogenentwürfen. Der hier dargestellte Typ ist ein Lichtbogenofen 34, der einen nichtleitenden Herd 48 und eine Dreiphasen-Wechselstrom-Leistung (AC-Leistung; AC = alternating current) 54 verwendet. Der Ofen wird sowohl zum Schmelzen als auch Feinen der Charge verwendet. Der bevorzugte Ofen weist ein isolierendes Dach 52 auf, das durch die Elektroden 50 durchdrungen wird. Die dargestellten Elektroden werden durch eine Dreiphasenleistungsquelle mit Leistung versorgt. Einphasen-AC- und -DC-Typen können ebenfalls verwendet werden. Der Sekundärkreis des Transformers, der die Elektroden 50 treibt, stellt die Tatsache dar, dass der Leistungseingang und daher die Temperatur ohne Weiteres einstellbar ist.
Als Teil des Zuführschrittes wird heißes DRI direkt in die Lichtbogenschmelzvorrichtung 34 beschickt und vorzugsweise hin zu der Mitte der Schmelzvorrichtung geleitet, in die Nähe der Region der Lichtbogenerzeugung zwischen den Elektroden und dem geschmolzenen Eisenbad. Zusätzliche Kohlenstoffverbindungen 31 und Schlackemodifizierer 32, die Kalk, Silikate und Flussmittel umfassen, können zu der Lichtbogenschmelzvorrichtung nach Bedarf hinzugefügt werden, um die Zusammensetzung des hießen DRI zu vermehren, das aus dem Drehherdofen 28 entladen wird. Ein Schmelzen von DRI-Pressteilen tritt in Sekunden auf, nachdem sie in die Lichtbogenschmelzvorrichtung 34 geladen bzw. beschickt werden.
Für den Schritt der Erwärmung der elektrischen Schmelzvorrichtung ist die Verwendung von vorgebackenen Kohlenstoff- oder Graphit-Elektroden gegenüber -(selbstbackenden) Soderburg-Typ-Elektroden bevorzugt. Dies vereinfacht die Operation, reduziert Kapitalaufwand und verbessert die elektrische Effizienz. Das Beibehalten der atmosphärischen Integrität umfasst das Beseitigen oder Minimieren des Eintritts von Luft und anderen unerwünschten Gasen in die Schmelzvorrichtung. Die Minimierung von Lufteintritt verhindert eine Reoxidation von reduziertem Eisen, geschmolzenem Eisen und jeglichen anderen reduzierten Spezies oder legierten Spezies in dem geschmolzenen Eisen. Für die Lichtbogenschmelzvorrichtung kann eine spezielle Abdichtung mit Spülgas-Fähigkeit um das Elektrodendelta oder eine andere Elektrodenkonfiguration eingesetzt werden, wo die Elektroden 50 in die Schmelzvorrichtung durch das Dach 52 eindringen.
Da eine elektrische Schmelzvorrichtung nicht von der Verbrennung von Kraftstoffen mit Luft oder sauerstoffangereichter Luft oder einer Nachverbrennung von entstandenen brennbaren Materialien aus dem geschmolzenen Eisenbad mit Luft, sauerstoffangereicherter Luft oder Sauerstoff abhängt, kann die Reduktionsatmosphäre ahne Weiteres beibehalten werden. Zum Beispiel basieren einige Hybrid-Verhüttungs-Reduktionsprozesse auf einer Nachverbrennung von entstandenen CO- und H₂-Gasen aus einem Schmelzeisenbadvergaser für eine Energiezugabe zu prozessvorerwärmten Eisenerz- und/oder vorreduzierten Eisenoxid-enthaltenden Materialien. Tatsächlich können verbrennungsbasierte Schmelz- oder Verhüttungs-Prozesse Verbrennungsprodukte erzeugen, die in einem Gleichgewicht mit dem geschmolzenen Eisen sind oder die Reduktion von eisenoxidenthaltenden Materialien fördern, aber dennoch oxidierend für andere reduzierte oder legierte Spezies sind, die erwünschte Komponenten in dem geschmolzenen Eisen sind, z. B. Spezies wie z. B. Si und Mn. Bei dem erfundenen Operationsverfahren weist die elektrische Schmelzvorrichtung 34 einen speziellen Vorteil gegenüber verbrennungsbasierten Schmelzvorrichtungen und/oder Verhüttungsvorrichtungen auf.
Als Teil des Erwärmungsschrittes innerhalb der elektrischen Schmelzvorrichtung wird eine Niedrigdichte-Schlackebedingung innerhalb der elektrischen Schmelzvorrichtung als eine Schlüsselprozessbetrachtung beibehalten, da die Schlacke mit niedriger Dichte eine einfache Einbringung von heißen DRI-Pressteilen in die elektrische Schmelzzone fördert. Ferner verleiht Schlacke mit niedriger Dichte dem DRI schnell eine hohe Wärmeübertragung, was die DRI-Schmelzrate innerhalb der elektrischen Schmelzvorrichtung verbessert. Die Niedrigdichte-Schlackebedingung wird erzeugt durch Reaktion der geringen Menge von restlichem FeO, das in dem DRI enthalten ist, mit dem Kohlenstoff in Lösung innerhalb des Schmelzeisenbades, oder mit Kohlenstoff, der in der Schlackephase des Zuführmaterials enthalten ist, wodurch Kohlenmonoxid freigegeben wird, CO, was das Schaumen der Schlacke verursacht. Das Ausmaß des Schaumens der Schlacke innerhalb der elektrischen Schmelzvorrichtung hängt von der Metallisierung des eingehenden DRI ab. Ein größerer Grad einer Schaumung der Schlacke tritt auf, wenn das eingehende DRI nicht zu hoch metallisiert ist, d. h. der Eisenmetallisierungspegel des Materials unter 90 % ist, was dem direktreduzierten Eisen eine höhere Wärmeübertragung verleiht. Wenn das eingehende DRI hoch metallisiert ist, d. h. Eisenmetallisierungspegel von höher als 90 %, tritt ein geringerer Grand einer Schaumung der Schlacke auf, was eine niedrigere Wärmeübertragung zu dem DRI verursacht. Da ein gesteuertes Schaumen der Schlacke innerhalb der elektrischen Schmelzvorrichtung erwünscht ist, ist es die optimale Bedingung für die elektrische Schmelzvorrichtung, heiße DRI-Pressteile von dem Drehherdofen zu liefern, die in dem Bereich einer Eisenmetallisierung von 70 % bis 92 % aber vorzugsweise in dem Bereich von 80 % bis 90 % sind. Diese Bedingung ist bevorzugt, trotz der Tatsache, dass die Verwendung eines DRI mit höherer Metallisierung weniger elektrische Energie zum Verarbeiten in der elektrischen Schmelzvorrichtung erfordert als eines DRI mit niedriger Metallisierung.
Als ein Vorteil des Vorreduktionsschritts und der nachfolgenden Verwendung eines elektrischen Schmelzvorrichtungsofens werden das SiO₂ und MnO, das in den heißen DRI-Pressteilen enthalten ist, die direkt zu der Schmelzvorrichtung zugefügt werden, einer Schmelzumgebung in der elektrischen Schmelzvorrichtung 34 ausgesetzt, die manipuliert werden kann, um förderlich für eine Reduktion von SiO₂ und/oder SiO zu [Si] (Silizium enthalten in geschmolzenem Eisen), und eine Reduktion von MnO zu [Mn] zu sein (Mn, das in geschmolzenem Eisen enthalten ist), das in das geschmolzene Eisen ohne Weiteres assimiliert wird. Der Grad einer Siliziumoxid- und Manganoxid-Reduktion wird einfach durch die Badtemperatur gesteuert, d. h. je höher die Temperatur, desto höher das Ausmaß einer Siliziumoxid- oder Manganoxid-Reduktion und desto größer die Rate einer Silizium- und Mangan-Aufnahme in dem Flüssigeisenbad. Die Badtemperaturen der elektrischen Schmelzvorrichtung können durch Variieren der Leistungseingabe in die Schmelzvorrichtung über die Elektroden gesteuert werden. Eine andere Alternative ist die Hinzufügung von Siliziumoxiden, Aluminiumoxiden und anderen Schlackekonditionierungsmaterialien 32 in die elektrische Schmelzvorrichtung.
Eine optimale Operation der elektrischen Schmelzvorrichtung für eine Entschwefelung der heißen DRI-Pressteile wird erreicht durch hohe Temperaturen und die Grundkomponenten (CaO und MgO), die in den DRI-Pressteilen enthalten sind. Wenn das SiO₂, das in den DRI-Pressteilen enthalten ist, zu Si reduziert wird, erhöht sich das effektive Verhältnis von Kalk zu Silizium (CaO/SiO₂) in der Schlacke, was wiederum das Entschwefelungspotential der Schlacke erhöht. Diese Phänomen, kombiniert mit einer Schlacke mit niedrigem FeO-Gehalt, ermöglicht, dass die elektrische Schmelzvorrichtung 34 flüssiges Eisen mit äußerst niedrigem Schwefelgehalt erzeugt. Das Verteilungsverhältnis K von Schlacke/heißem Metallschwefel, wurde derart beobachtet, dass es von ungefähr 50 bis ungefähr 150 reicht.
Wobei (S) die Kondensation von Schwefel in der Schlackephase ist und [S] die Konzentration von Schwefel in der Metallphase ist. Diese zufällige Prozessbedingung führt dazu, dass beobachtete Heißmetall-Schwefelpegel von ungefähr 0,01 bis ungefähr 0,016 % bei Ofenabgriffstemperaturen von ungefähr 1.450°C bis ungefähr 1.550°C reichen. Sogar niedrigere Heißmetallschwefelpegel können bei höheren Abgriffstemperaturen erreicht werden, d. h. %S reicht von ungefähr 0,005 % bis ungefähr 0,009 % bei Ofenabgriffstemperaturen im Bereich von 1.550°C bis ungefähr 1.630°C.
Die elektrische Schmelzvorrichtung 34 sollte einen großen Schmelzeisenrest von ungefähr 1 bis ungefähr 4 mal der abgegriffenen Metallquantität behalten. Die optimale Temperatur für normale Operationen der elektrischen Schmelzvorrichtung zum Reduzieren von Siliziumoxiden ist der Temperaturbereich von ungefähr 1.450°C bis ungefähr 1.550°C bei dem Abgriff. Der Ofen wird periodisch nach heißem Metall und Schlacke abgegriffen, ohne die kontinuierliche Beschickungs- und Schmelz-Operationen zu unterbrechen. Die Abgriffslöcher werden dann unter Verwendung von Verfahren wieder abgedichtet, die in der Technik bekannt sind.
Die optimale Operation der elektrischen Schmelzvorrichtung 34 erfordert die Minimierung des Eintritts von Sauerstoff, während die oben ausgeführten Temperaturen beibehalten werden. Die Ausgabe 36 des verbesserten Verfahrens 10 ist hochreines Eisen mit einem erwünscht niedrigen, spezifizierten maximalen Schwefelgehalt und Siliziumgehalt und einem erwünschten hohen spezifizierten Kohlenstoffgehalt. Schlacke 38 mit niedrigen Eisenkonzentrationen wird in der elektrischen Schmelzvorrichtung 34 abgetrennt und getrennt von dem hochreinen Eisenprodukt 36 entnommen. Eisen mit niedrigem Schwefelgehalt, das die oben beschriebenen Charakteristika aufweist, einschließlich einem hohen Kohlenstoffgehalt, ist für Stahlhersteller besonders wünschenswert, da eine normale Entschwefelung in dem Stahlherstellungsbehälter entweder minimiert wird oder unnötig wird. Das oben beschriebene Operationsverfahren führt sowohl zu einer erhöhten Produktivität eines Eisenprodukts mit höherer Reinheit als auch zu niedrigeren Betriebskosten in der Stahlherstellungsindustrie.
Zusammenfassung der Errungenschaft der Ziele der Erfindung
Aus dem Vorangehenden ist ohne Weiteres offensichtlich, dass ein Verfahren beabsichtigt ist, das eine effiziente Reduktion von eisenoxidhaltigen Materialien bei erhöhten Temperaturen in einer Reihe von Öfen, eine effiziente kontinuierliche Herstellung von hochreinem Flüssigeisen mit Konzentrationen von Kohlenstoff von ungefähr 1 bis ungefähr 5 % bei erhöhten Temperaturen mit einer Abtrennung von Schlackekomponenten aus dem gereinigten flüssigen Eisen-Kohlenstoff-Endprodukt und das Entschwefeln von hochreinem Eisen und das Reduzieren von Verschmutzungen in direktreduziertem Eisen durch kontinuierliches Beschicken einer elektrischen Schmelzvorrichtung erreicht.
Die Erfindung wurde detailliert beschrieben, Bezug nehmend auf bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele, um dem Leser zu ermöglichen, die Erfindung ohne übermäßiges Experimentieren zu praktizieren.

Claims

Ein Verfahren zum Erzeugen eines kohlenstoffenthaltenden Schmelzeisenprodukts aus eisen- und kohlenstoffhaltigem Material, wobei das Eisenprodukt Konzentrationen von ungefähr 1 % bis ungefähr 5 % Kohlenstoff (C) und von ungefähr 93,4 % bis ungefähr 98,8 % Eisen (Fe) aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: (a) Bilden von Pressteilen, die eisenhaltige und kohlenstoffenthaltende Materialien und schlackeerzeugende Verbindungen aufweisen; (b) Vorreduzieren der Pressteile in einem Drehherdofen mit einem Auslass durch Erwärmen der Pressteile auf eine Temperatur von 700°C bis 1.100°C und dadurch Erzeugen von kohlenstoffenthaltendem, metallisiertem Eisen; (c) direktes, kontinuierliches und hermetisches Einbringen des kohlenstoffenthaltenden, metallisierten Eisens in eine elektrische Schmelzvorrichtung durch einen Zuführstrang; (d) Erwärmen und Schmelzen des kohlenstoffenthaltenden, heißen, metallisierten Eisens in der elektrischen Schmelzvorrichtung bei erhöhten Temperaturen, wodurch das kohlenstoffenthaltende Schmelzeisenprodukt gebildet wird, was ferner das Beibehalten einer Temperatur von 1.550°C bis 1.630°C innerhalb der elektrischen Schmelzvorrichtung aufweist, um eine Schwefelentfernung aus dem kohlenstoffenthaltenden, geschmolzenen Eisenprodukt zu verbessern, (e) Minimieren des Eintritts von Luft bei dem Erwärmungsschritt; (f) Reduzieren der schlackebildenden Verbindungen, um eine Entschwefelung des geschmolzenen Eisens zu unterstützen; und (g) Entladen des kohlenstoffenthaltenden Schmelzeisenprodukts aus der elektrischen Schmelzvorrichtung.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Vorreduzierungsofen ein Drehherdofen ist, der eine drehbare Herdoberfläche aufweist, und die Pressteile auf die drehbare Herdoberfläche platziert werden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, das ferner das gleichmäßige Schichten der Pressteile in einer Mehrzahl von Schichten auf die drehbare Herdoberfläche aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Schritt des Erwärmens und Schmelzens mit Elektroden eines vorgebackenen Materials ausgeführt wird, das aus der Gruppe bestehend aus Kohlenstoff und Graphit ausgewählt ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner das Beibehalten einer schaumenden Schlacke während des Erwärmungs- und Schmelz-Schrittes aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner das Beibehalten einer Reduktionsumgebung innerhalb der elektrischen Schmelzvorrichtung aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, das ferner das Einrichten einer Stickstoff- oder einer Edelgas-Spülung innerhalb der elektrischen Schmelzvorrichtung aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem der Schritt des Vorreduzierens ferner das Beibehalten einer Temperatur von 700°C bis 1.100°C an dem Auslass des Vorreduktionsofens aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Pressteile mit Reduktionsmitteln (14) in denselben gebildet sind, wobei die Reduktionsmittel aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Kohlepulver, Feinkohle, Graphit, Asche, Petrolkoks und anderen kohlenstoffhaltigen Verbindungen besteht.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Pressteile aus Materialien gebildet sind, die aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus Reduktionsmitteln (14), wie z. B. Kohlepulver, Feinkohle, Graphit, Asche, Petrolkoks und anderen kohlenstoffhaltigen Verbindungen; Eisenoxiden (12) oder eisenhaltigen Abfallmaterialien, wie z. B. Stahlwerkschlamm, Walzzunder, eisenhaltigem Staub oder Kombinationen derselben; Schlackebildnern (16) wie z. B. Siliziumoxidverbindungen, Sand, Taconit, Manganoxidverbindungen, Magnesiumoxidverbindungen, Aluminiumoxidverbindungen; und einem Bindemittel (18).
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das hochreine, kohlenstoffenthaltende Schmelzeisenprodukt Schwefelpegel von ungefähr 0,005 % bis ungefähr 0,016 % aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das hochreine, kohlenstoffenthaltende Schmelzeisenprodukt zumindest ungefähr 95 % Eisen enthält.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner das Hinzufügen von kohlenstoffenthaltenden Verbindungen (31) in die elektrische Schmelzvorrichtung aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner das Hinzufügen von Schlackekonditionierungsmaterialien (32) in die elektrische Schmelzvorrichtung aufweist.