DEST000077MA - Verfahren zur Reduktion von Erz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von Erzen zu fein verteilten Metall, z.B. Schwammeisen, und zwar insbesondere bei unter dem Schmelzpunkt des Metalls liegenden Temperaturen.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Eisenerze zur Gewinnung von Schwammeisen dadurch zu reduzieren, dass man das Erz eienr bei einer unter dem Schmelzpunkt des Eisens liegenden Temperatur einer reduzierenden Atmosphäre aussetzt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines einfacheren und wirtschaftlicheren Verfahrens zur Reduktion von Erzen zu den entsprechenden Metallen.

Dabei wird das Erz erfindungsgemäss in feiner oder körniger Form unter Brennstoffzugabe in einen geschlossenen Reaktionsraum gebracht und durch die Erzmasse ein sauerstoffhaltiger Gasstrom mit einer Geschwindigkeit aufwärts hindurchgeleitet, bei der das Erz-Gasgemisch in einer einheitlichen, feststoffreichen, fliessfähigen Wirbelschicht gehalten wird, in der die Erzteilchen dem durch Teilverbrennung des Brennstoffes mit dem sauerstoffhaltigen Gas erhaltenden reduzierenden Gas ausgesetzt sind und aus der das Gas und das reduzierte Erz getrennt abgezogen werden.

Die gebildete fliessfähige Wirbelschicht ähnelt einer siedenden Flüssigkeit und besitzt wie diese eine ausgeprägte Oberfläche.

Beim Durchleiten eines Gasstromes durch eine Masse fein zerteilter Feststoffteilchen mit einem Durchmesser bis zu etwa 0,6 cm bleibt die Masse bis zur Erreichung einer bestimmten Gasgeschwindigkeit unbeweglich. Dann wandelt sie sich mit weiter steigender Gasgeschwindigkeit von der Oberfläche ausgehend in eine fliessfähige Wirbelschicht um.

Durch die Ausbildung der erfindungsgemässen Wirbelschichten wird nun eine Kanalbildung der Reduktionsgase sowie ein Verschmelzen oder Zusammenbacken der Feststoffteilchen vermieden. Ausserdem wird dadurch die Temperatur gleichmässig gehalten und es können keine örtlichen Überhitzungen ind der Schicht auftreten.

Das Verfahren gemäss der Erfindung kann entweder kontinuierlich vor sich gehen, indem ein Strom solchen Erzes in Körner- oder Pulverform dem Reduktionsraum laufend zugeführt und das reduzierte Erz demselben laufend entnommen wird, oder diskontinuierlich, indem Erzschübe, wie nachstehend beschrieben, nacheinander aufgearbeitet werden.

Beim kontinuierlichen Verfahren wird das Erz vorzugsweise durch mehrere gesonderte Zonen geführt, in denen es in einer oder in Vorzonen zunächst auf die gewünschte Reduktionstemperatur vorgewärmt und dann in einer oder mehreren weiteren Zonen reduziert wird. Anschliessend an die Reduktion des Erzes kann das reduzierte Metall zur Verhinderung einer erneuten Oxydation in Anwesenheit eines Reduktionsgases durch eine weitere Kühlzone geführt werden, ehe es wieder der Luft ausgesetzt wird.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eienr einfacheren Anlage, die entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich betrieben werden kann,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer anderen Anlage für kontinuierlichen Betrieb,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.

Nachstehend wird die Erfindung in Bezug auf die Reduktion von Eisenerzen beschrieben ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Fülltrichter zur Aufnahme des zu reduzierenden Erzes. Vor Einfüllung in den Trichter 1 wird das Erz zuerst gemahlen oder in anderer Weise auf eine Korngrösse von vorzugsweise weniger als 0,6 cm Durchmesser gebracht. Im allgemeinen ist die Verwendung noch feineren Erzes, etwa mit einer Teilchengrösse entsprechend einem Sieb von weniger als 12 Maschen/cm, vorzuziehen. Das Erz kann auch gegebenenfalls vor der Aufbereitung zu einem ausserordentlich feinen Pulver, mit Teilchen etwa in der Grösse entsprechend einem Sieb mit 80 - 120 Maschen/cm, oder noch feiner, vermahlen werden. Das im Fülltrichter 1 befindliche Erz gelangt in ein senkrechtes Standrohr 2, in das ein Gas an einer oder mehreren voneinander in Abstand befindlichen Stellen durch die Leitungen 3 und 4 zugeführt werden kann. Die Menge und die Geschwindigkeit des Gases wird dabei so geregelt, dass das Erz in einen fliessfähigen Zustand gebracht wird und sich in den Röhren nicht staut oder diese verstopft. Das Erz gelangt aus dem Standrohr 2 durch ein Regelventil 5 in einen durch das Rohr 6 fliessenden Luftstrom und wird von diesem in den unteren Teil der Reduktionskammer 7 befördert.

Ein Brennstoff, beispielsweise Oel, Kohlenwasserstoffgas o.dgl. kann in den unteren Teil der Reduktionskammer 7 durch Leitung 8 in einer Menge zugeführt werden, die bei Verbrennung mit der durch die Leitung 6 zugeführten Luft zur Bildung von Reduktionsgas ausreicht. Bei Verwendung fester Brennstoffe, etwa Koks, kann der Koks gemahlen und im Fülltrichter 1 mit dem Erz vermengt oder durch ähnliche, hier nicht gezeigte Mittel zugeführt werden. Die Menge des verwendeten Brennstoffes übersteigt die Luftmenge um soviel, dass sie zur Bildung von Reduktionsgas in der Kammer ausreicht.

Der untere Teil der Reduktionskammer 7 kann eine sich nach oben erweiternde Form haben und bildet eine Verteilungs- oder Mischzone für Luft, Erz und Brennstoff. Ein durchlochter Rost 9, durch den das Erz und das Reduktionsgas nach oben in den Hauptraum der Reduktionskammer geführt werden, kann unmittelbar über dem kegelförmigen Unterteil der Kammer angeordnet werden. Die Strömungsgeschwindigkeit des Reduktionsgases wird nach dem Durchgang durch den Rost 9 herabgesetzt, damit die Erzpartikel in der Reduktionskammer eine fliessfähige Wirbelschicht bilden können. Die zur Aufrechterhaltung dieser Wirbelschicht erforderliche Strömungsgeschwindigkeit des Gases hängt hauptsächlich von der Grösse und Dichte der Erzpartikel und in geringem Masse von der Viscosität und der Dichte des Gases ab, sodass die von Fall zu Fall anzuwendenden Geschwindigkeiten verschieden sind. Bei Erzpartikeln, die kleiner als 0,6 cm sind, sollte die Geschwindigkeit im allgemeinen unter 3 m/sec. liegen. Bei feineren Teilchen liegt die Geschwindigkeit zwischen 0,3 und 0,6 m/sec. Diese Geschwindigkeit kann durch einfache Laborversuche leicht bestimmt werden.

Die Strömungsgeschwindigkeit bezeichnet dabei diejenige Geschwindigkeit, die das Gas ohne Vorhandensein von Feststoffteilchen in der Kammer haben würde. Der Durchmesser der Reduktionskammer richtet sich nach dem zur Erzielung der gewünschten Reduktion erforderlichen Verhältnis zwischen Reduktionsgas und Erz; die Tiefe der in Kammer 7 der Reduktion ausgesetzten fliessfähigen Wirbelschicht wird so geregelt, dass eine angemessene Zeit für die Umwandlung des Erzes zu Metall zur Verfügung steht. Das Reduktionsgas steigt durch die Kammer 7 nach oben und wird aus deren Oberteil abgeführt. Vor seinem Austritt kann das Gas durch einen entsprechenden Abscheider, beispielsweise einen Zyklon-Abscheider 10, der am oberen Ende der Reduktionskammer angebracht werden kann, geführt werden. Im abgeführten Gas mitgeführte und im Zyklonabscheider 10 abgeschiedene Erzpartikel können der Erzhauptmasse durch Leitung 11 wieder zugeführt werden. Nach dem Durchgang durch den Zyklonabscheider 10 wird das Gas aus der Kammer durch die Leitung 12 abgeführt. Das reduzierte Metall wird aus der Kammer 7 durch das Rohr 13 abgeleitet, das sich mit einer Verlängerung 14 nach oben in die Reaktionskammer fortsetzt und unterhalb des Fällniveaus des darin der Reduktion ausgesetzten Erzes endet. Das durch das Rohr 13 abgeführte reduzierte Metall kann vor der durch das Ventil 16 erfolgenden Abführung in den Speicherraum einen geeigneten Kühler 13 zur Herabsetzung der Temperatur unter den Reoxydationspunkt durchlaufen.

Wie bereits erwähnt, kann die in Fig. 1 dargestellte Anlage entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich betrieben werden. Bei diskontinuierlichem Betrieb wird, wie zuvor beschrieben, ein Erzstrom in die Reduktionskammer 7 eingeführt, bis sein Spiegel in der Kammer den gewünschten Punkt erreicht hat. Der Erznachschub wird sodann unterbrochen und das Reduktionsgas in einem ununterbrochenen Strom nach oben durch die Reduktionskammer geführt, bis die gewünschte Reduktion abgeschlossen ist. Daraufhin werden Ventil 16 und Rohr 13 geöffnet und das reduzierte Metall durch dieselben abgezogen.

Bei kontinuierlichem Betrieb kann das Erz ohne Unterbrechung durch das Standrohr 2 in den Luftstrom eingeführt und ebenfalls ohne Unterbrechung durch das Rohr 13 abgezogen werden. Das in diesem Fall durch das Rohr 13 abgezogene Ma- terial entspricht dem Inhalt der Kammer 7. Ein kleiner Teil nicht reduzierten Erzes wird zwangsläufig mit dem Metall zusammen abgezogen und muss von dem Metall abgesondert und wieder in die Kammer zurückgebracht werden. Die in dem abgezogenen Metall enthaltene Menge unreduzierten Erzes hängt vom Fassungsvermögen der Reduktionskammer im Vergleich mit der in dieselbe eingeführten Menge frischen Erzes ab. So wird z.B. bei relativ langsamer Beschickung einer grossen Reduktionskammer mit Erz die mit dem Metall abgeführte Menge unreduzierten Erzes verhältnismässig gering sein.

In Fig. 2 bezeichnet die Bezugsziffer 20 einen zur Aufnahme von pulverförmigem oder körnigem Erz geeigneten Fülltrichter. Aus dem Fülltrichter 20 entleert sich das Erz durch ein Regelventil 21 in einen Schneckenförderer 22, der sich in den oberen Teil eines die Reduktionskammer bildenden senkrechten Turmes 23 entleert. Das Regelventil 21 kann das Erz auch unmittelbar in den Turm 23 entleeren. Der Turm 23 ist durch waagerechte, durchlochte Trennwände, Siebplatten oder Gitter 24, 25 und 26, in mehrere Zonen 27, 28, 29 und 30 geteilt, die jeweils eine fliessfähige Wirbelschicht enthalten.

Das Erz wird in die obere Zone 27 eingebracht, wo es durch die die Siebplatte 24 nach oben durchströmenden heissen Gase vorgewärmt wird. Die Geschwindigkeit des durch die Zone 27 aufsteigenden Gases wird so geregelt, dass das Erz eine fliessfähige Wirbelschicht bildet. Wenn die Heizgase die obere Zone 27 durchströmt haben, können sie durch einen am oberen Ende der Kammer angeordneten Zyklonabscheider 31 zur

Abscheidung mitgeführten Erzes geführt werden. Das auf diese Weise abgeschiedene Erz kann durch die Leitung 32 in die Zone 27 zurückgebracht werden. Die Gase werden durch die Leitung 33 am oberen Ende des Turmes durch einen geeigneten Abzug abgeführt.

Durch die Siebplatte 24 erstreckt sich ein Rohr 34. Das Rohr 34 schliesst mit dem Erzspiegel der Zone 27 ab und erstreckt sich nach unten unter den Erzspiegel der Zone 28. Das Erz wandert durch das Rohr 34 kontinuierlich abwärts in die nächste Zone 28, in der es durch die durch die Siebplatte 25 erfolgende Aufwärtsbewegung der Gase weiter erhitzt wird. In den Raum über dem Erz in der Zone 28 oder 29 kann Luft zugeführt werden, die durch weitere Verbrennung verbrauchten Reduktionsgases zusätzliche Wärme zur Vorwärmung des Erzes in den Zonen unterhalb der Eintrittsstelle des Erzes erzeugen kann. Das Erz gelangt sodann aus der Zone 28 durch ein dem Rohr 34 ähnliches senkrechtes Rohr 35 in die nächste angrenzende Zone 29, die als weitere Vorwärmungszone oder bereits zur Einleitung der Reduktion des Erzes dienen kann. Das Erz in Zone 28 wird weiter vorerwärmt, ehe es durch das Rohr 35 abwärts wandert. Aus der Zone 29 tritt das Erz durch ein senkrechtes Rohr 36 in die untere Zone 30 aus, wo es die endgültige Reduktion erfährt. Zu diesem Zweck kann dem unteren Teil des Turmes 23 Luft durch das Rohr 37, sowie durch das Rohr 38 Brennstoff in einer zur Bildung einer Reduktionsatmosphäre ausreichenden Menge zugeführt werden. Der untere Teil des Turmes ist ausserdem mit einer Siebplatte 39 versehen, durch das das aus Brennstoff und Luft gebildete

Reduktionsgas nach oben in die Reduktionszone 30 gelangt. Das Erz wird solange, wie zu seiner Reduktion auf das gewünschte Metall erforderlich, im Unterteil des Turmes 23 gehalten und danach durch das senkrechte, nach oben in die Hauptmasse des der Reduktion ausgesetzten Erzes ragende Rohr 41 abgezogen.

Das durch das Rohr 41 abgezogene Erz wird durch eine geeignete, hier nicht gezeigte Kühlvorrichtung geleitet, bevor es der Aussenluft ausgesetzt wird.

Die verschiedenen Zonen des Turmes 23 brauchen nicht den gleichen Durchmesser zu haben. Zum wenigstens teilweisen ausgleich der infolge Temperatur- und Druckänderungen sowie der chemischen Reaktion auftretenden Änderungen des Gasvolumens sind Änderungen des Behälterdurchmessers zweckmässig.

In Fig. 3 bezeichnet die Bezugsziffer 42 einen zur Aufnahme des körnigen oder pulverförmigen Erzes geeigneten Fülltrichter. Vom Fülltrichter 42 gelangt das Erz in ein Standrohr 43 ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten. Das Erz kann vom unteren Ende des Standrohrs 43 durch ein Regelventil 44 in eine Luftdurchströmte Leitung 45 eintreten. Diese führt in den untersten Teil einer Reaktionskammer 46. Das Erz kann auch unmittelbar in die Kammer 46 durch das Rohr 43 eingebracht werden, wobei die Luft durch das Rohr 45 in die Kammer eintreten kann. Die Kammer 46 ähnelt der in Fig. 1 dargestellten Reduktionskammer 7. Der zur Erzeugung der Reduktionsatmosphäre erforderliche Brennstoff wird durch das Rohr 47 in die Kammer zugeführt, wo er sich mit der Luft und dem Erz vermischt, die durch das Rohr 45 zugeführt werden. Das entstandene Gemisch wandert dann nach oben durch die Siebplatte 48 in den Hauptraum der Kammer 46, in der die Gasgeschwindigkeit zur Ausbildung einer dichten, fliessfähigen Wirbelschicht vermindert wird. Die Kammer 46 kann zur Einleitung der Reduktion oder zur Vorwärmung des Erzes dienen. Das Heizgas wird durch einen Zyklonabscheider 49 und die Leitung 50 aus der Kammer abgeführt.

Das Erz wird aus der Kammer 46 durch die Leitung 51 abgezogen und durch ein Regelventil 52 in einen durch die Leitung 53 fliessenden zweiten Strom heissen Reduktionsgases eingeführt. Das Regelventil 52 kann, wenn gewünscht, auch unmittelbar in die Kammer 54 fördern. Die Suspension von Erz und Reduktionsgas wird in den Boden der zweiten Reduktionskammer 54, die der Kammer 46 ähnelt, eingeführt. Das Erz wird im unteren Teil der Kammer in Form einer dichten, fliessfähigen Wirbelschicht reduziert. Das Reduktionsgas wird aus der Kammer 54 durch den Zyklonabscheider 55 und die Leitung 56 abgeführt. Das reduzierte Erz wird aus der Reduktionskammer 54 durch die mit einem Regelventil 58 versehene Leitung 57 abgezogen und in ein durch die Leitung 59 fliessendes, inertes oder nicht oxydierendes Gas gefördert. Die sich ergebende Suspension von nicht oxydierendem Gas und heissem reduzierten Erz gelangt sodann durch Leitung 59 in den unteren Teil einer Kühlkammer 61, welche in ihrer Konstruktion den Reduktionskammern 46 und 54 ähnlich sein kann. Das Ventil 58 kann auch unmittelbar in die Kammer 61 fördern.

Die gewünschte Kühlung kann dadurch erreicht werden, dass ein Teil des reduzierten Erzes aus der Kammer 61 durch die Leitung 62 abgezogen und das so abgezogene anfallende

Material durch einen Wärmeaustauscher oder Kühler 63 geleitet und sodann das gekühlte Material der Leitung 59 neu zugeführt und in die Kammer 61 zurückgebracht wird. Das gekühlte, reduzierte Erz wird kontinuierlich aus der Kammer 61 durch das Rohr 62a abgezogen, das inerte Gas zur Absonderung des mitgeführten Metalles einem Zyklonabscheider 63a zugeführt und anschliessend durch die Leitung 64 abgeführt. Wenn gewünscht, kann ein Teil oder das gesamte inerte Gas komprimiert und entweder gekühlt oder ungekühlt in die Leitung 59 zurückgeführt werden als Träger für das warme reduzierte Metall aus der Kammer 54.

Zur Brennstoffersparnis kann das inerte Gas durch Reduktionsgas in der Kammer 61 ersetzt werden, wodurch ein zweifacher Nutzen, nämlich die Kühlung des reduzierten Erzes, sowie die Erwärmung des Reduktionsgases erreicht wird. Das so erwärmte Gas kann aus Leitung 64 abgeführt und durch die Leitungen 65 und 53 in den Reduktionsofen der zweiten Stufe eingeblasen werden. Das aus der Leitung 56 kommende Gas kann durch Leitung 66 geführt und als Brennstoff in der Reduktionskammer 46 der ersten Stufe verwendet werden. Weiterhin kann Wärme für nützliche Zwecke, z.B. zur Dampferzeugung u.dgl., durch Verbrennung des restlichen Reduktionsgases aus der Leitung 50 in einem geeigneten, hier nicht gezeigten Ofen wiedergewonnen werden. Das Verfahren kann auch zur Reduktion von sonstigen Metalloxyden benutzt werden.

Claims (10)

1.) Verfahren zur Reduktion von Erz o.dgl., dadurch gekennzeichnet, dass das Erz in feiner oder körniger Form unter Brennstoffzugabe in einen geschlossenen Reaktionsraum gebracht und durch die Erzmasse ein sauerstoffhaltiger Gasstrom aufwärts mit einer Geschwindigkeit hindurchgeleitet wird, bei der das Erz-Gasgemisch in einer einheitlichen feststoffreichen fliessfähigen Wirbelschicht gehalten wird, in der die Erzteilchen dem durch Teilverbrennung des Brennstoffes mit dem sauerstoffhaltigen Gas erhaltenen reduzierenden Gas ausgesetzt sind und aus der das Gas und das reduzierte Erz getrennt abgezogen werden.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erz von unten her zusammen mit dem die Bildung der Wirbelschicht bewirkenden Gas in den Reaktionsraum eingebracht wird.

3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erz dem oberen Teil des geschlossenen Reaktionsraumes zugeführt wird, unter der Schwerkraft von oben nach unten mehrere etagenartig übereinanderliegende Wirbelschichten durchwandert, die von dem in den unteren Teil des Reaktionsraumes eingeleiteten und nach oben strömenden Gas und Brennstoff in fliessfähigem Zustande gehalten werden und dabei das Erz in den oberen Schichten vorgewärmt und in den unteren Schichten oder der untersten Schicht reduziert wird.

4.) Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das reduzierte Erz einer Kühlzone zugeführt wird.

5.) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das reduzierte Erz in der Kühlzone durch einen aufwärts gerichteten Strom reduzierenden oder inerten Gases ebenfalls in der Form einer einheitlichen, feststoffreichen, fliessfähigen Wirbelschicht gehalten wird.

6.) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines reduzierenden Gases als Kühlgas dieses die Kühlzone verlassende Gas für das Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 verwendet wird.

7.) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Erz von einer oberen Schicht zu einer darunterliegenden mit Hilfe von Überlaufrohren befördert wird, die an der Oberfläche der oberen Schicht ausmünden und in die darunterliegende Schicht hineinragen.

8.) Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas oben und das reduzierte Erz mindestens teilweise unten aus dem geschlossenen Raum entfernt wird.

9.) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schichten zusätzliches Gas, z.B. Luft, in den geschlossenen Raum eingeleitet wird.

10.) Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus einer senkrechten Kammer mit ein oder mehreren in verschiedener Höhenlage angeordneten, die Wirbelschicht oder -schichten tragenden Rosten oder Siebplatten, Zuleitungen für das sauerstoffhaltige Gas und den Brennstoff im unteren Teil der Kammer, einer Vorrichtung zum Einbringen des Erzes in das sauerstoffhaltige Gas oder in den oberen Teil der geschlossenen Kammer, einer an den oberen Kammerteil angeschlossenen Gasableitung und einem Auslass am unteren Kammerteil zur Entnahme von reduziertem Erz.