EP0035487A2 - Verfahren zur direkten Herstellung von Stahl aus eisenoxidhaltigen Rohstoffen - Google Patents

Verfahren zur direkten Herstellung von Stahl aus eisenoxidhaltigen Rohstoffen Download PDF

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EP0035487A2
EP0035487A2 EP81890024A EP81890024A EP0035487A2 EP 0035487 A2 EP0035487 A2 EP 0035487A2 EP 81890024 A EP81890024 A EP 81890024A EP 81890024 A EP81890024 A EP 81890024A EP 0035487 A2 EP0035487 A2 EP 0035487A2
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melt
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Voestalpine AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/14—Multi-stage processes processes carried out in different vessels or furnaces

Definitions

  • the invention relates to a process for the direct production of steel from iron oxide-containing raw materials, preferably oxidic iron ores, by direct reduction of the raw materials by means of a reducing gas to sponge iron, which with the addition of fine-grained solid carbon carriers, in particular coal and / or coke dust, and of oxygen-containing gases and optionally protective fluids in the form of liquid or gaseous hydrocarbons and any necessary additives are melted and then mixed with the addition of oxygen-containing gases to steel, the resulting gases containing carbon monoxide being recovered and, if necessary, reused as conditioning gases for the direct reduction of the iron oxide-containing raw materials.
  • a reducing gas to sponge iron which with the addition of fine-grained solid carbon carriers, in particular coal and / or coke dust, and of oxygen-containing gases and optionally protective fluids in the form of liquid or gaseous hydrocarbons and any necessary additives are melted and then mixed with the addition of oxygen-containing gases to steel, the resulting gases containing carbon monoxide being recovered and, if necessary,
  • the sponge iron produced in a reduction furnace is melted in a metallurgical melting vessel by reaction of oxygen-containing gases with carbon-containing substances with the addition of additives; the resulting exhaust gas is used as a reducing gas.
  • the ongoing need for reducing gas demands continuous operation of the melting vessel by producing a melt under the operating conditions required for gas production, but which still has a carbon content that is still too high for steel.
  • the melt and the slag formed from the gait of the sponge iron, the combustion residues of the carbon-containing substances and the additives are continuously withdrawn from the melting vessel.
  • the melt is finished in a further metallurgical vessel to form steel.
  • the invention aims at avoiding these disadvantages and difficulties and has as its object to combine the melting process and the fresh process after the direct reduction in such a way that the overall process is made safer, simpler and more economical than in the conventional way of working.
  • This object is achieved in a method of the type described in the introduction in that the sponge iron obtained in the direct reduction is successively in at least two melt and fresh products assigned to the direct reduction aggregates are introduced, in which - phase-shifted - the melting of the iron sponge with carburizing of the melt and then the melting of the melt is carried out, in such a way that the sum of the carbon monoxide-containing exhaust gases produced in the phase-shifting melting and fresh aggregates is essentially constant is held.
  • the melting and fresh units are only partially emptied after the end of the respective fresh phase and part of the melt is retained for the next batch.
  • An advantage of the method according to the invention is that if one of the metallurgical vessels as a gas generator fails, the need for reducing gas can be met from the remaining gas generators.
  • the oxygen-containing gases and protective fluids are preferably blown into the melt and into the reaction space above the melt and the fine-grained solid carbon carriers and the additives into the melt.
  • part of the carbon monoxide in the exhaust gas can be burned back to carbon dioxide, which accelerates the melting of the sponge iron and the heat balance in the metallurgical vessel can be influenced quickly and effectively. This is necessary, for example, if, due to irregularities in the direct reduction, temporarily reduced iron sponge, ie iron sponge with a lower degree of metallization, is used.
  • the afterburning of CO to C0 2 makes the exhaust gas worse in terms of its suitability as a reducing gas, but this deficiency can be remedied by subsequently conditioning the gas.
  • FIG. 1 shows the combination of a direct reduction unit with two melting and fresh units
  • FIG. 2 shows the combination of a direct reduction unit with three melting and fresh units.
  • a direct reduction unit 1 works together with two metallurgical units 2 and 3, which are expediently designed as converters.
  • These converters are equipped in a manner known per se with conveying or feeding devices for the sponge iron and for fine-grained solid carbon carriers as well as with blowing devices for blowing in oxygen-containing gases and protective fluids. Some of the blowing devices open into the vessel walls below the level of the feed materials and another part into the reaction space above the feed materials. These feed and additional devices are known per se when carrying out such methods.
  • the cycles of the two metallurgical vessels are shifted from one another by two phases or partial steps, so that the combinations a) - c) and b) - d) result in each case.
  • Fig. 1 the amount of gas generated is shown diagrammatically as a function of time for each vessel, the converter 2 starting with the first phase a 2 .
  • the amount of gas generated increases to full power in this phase and is kept constant in the second phase b 2 .
  • phase c 2 the amount of gas drops to zero during the freshening, which is followed by the phase of sampling and tapping. Then a new phase begins corresponding to phase a 2 .
  • converter 3 is having a fresh p hase c 3 operated, followed by phases d 3 , a 3 and b 3 .
  • the other vessel In the event of a malfunction in one of the metallurgical vessels, the other vessel, if it is in phase c), can immediately assume full gas production again by supplying carbon carriers. If the other vessel is in phase a), if the amount of melt in the vessel is small, the gas production will temporarily be somewhat lower. However, the direct reduction unit does not have to come to a standstill even when the other vessel is in phase d). If the malfunction occurs at a time when the other, still functional metallurgical vessel is at the beginning of phase d), i.e. if the entire melt is still contained therein, then this vessel can be put into operation as a gas generator at full capacity immediately . Carbon is added to the bath and the bath is refreshed at the same time. The sponge iron produced in the direct reduction unit must be removed, cooled and stored.
  • gas generation can also begin immediately here.
  • the vessel can be loaded with sponge iron again until the permissible melt weight is reached, with increasing supply of oxygen-containing gases and solid carbon carriers. Then it only works as a gas generator and the sponge iron has to be removed, cooled and stored.
  • a reduction unit 1 is assigned three melting and fresh units 2 ', 3' and 4 ', which work in six phases.
  • the invention also opens up further possibilities.
  • the invention also opens up further possibilities.

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Abstract

Bei diesem Verfahren erfolgt die Direktreduktion der Rohstoffe mittels eines Reduktionsgases zu Eisenschwamm, welcher unter Zufuhr von Kohlenstoffträgern, sauerstoffhaltigen Gasen und etwa erforderlichen Zuschlagstoffen geschmolzen und zu Stahl gefrischt wird, wobei die entstehenden, Kohlenmonoxid enthaltenden Abgase rückgewonnen und für die Direktreduktion wiederverwendet werden.
Um Störfälle beim Schmelzgefäß besser beherrschen zu können, die Wärmebilanz zu verbessern und so das Verfahren sicherer, einfacher und wirtschaftlicher zu gestalten, wird der, in der Direktreduktion (1) erhaltene Eisenschwamm nacheinander in mindestens zwei der Direktreduktion zugeordnete Schmelz- und Frischaggregate (2, 3) eingebracht, in denen - gegeneinander phasenverschoben - zuerst das Einschmelzen des Eisenschwammes unter Aufkohlung der Schmelze und sodann das Frischen der Schmelze vorgenommen wird, derart, daß die Summe der in den phasenverschoben arbeitenden Schmelz- und Frischaggregaten erzeugten kohlenmonoxidhältigen Abgase im wesentlichen konstant gehalten wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten Herstellung von Stahl aus eisenoxidhaltigen Rohstoffen, vorzugsweise oxidischen Eisenerzen,durch Direktreduktion der Rohstoffe mittels eines Reduktionsgases zu Eisenschwamm, welcher unter Zufuhr von feinkörnigen festen Kohlenstoffträgern, insbesondere Kohlen- und/oder Koksstaub, und von sauerstoffhaltigen Gasen sowie gegebenenfalls von Schutzfluiden in Form flüssiger oder gasförmiger Kohlenwasserstoffe und.etwa erforderlichen Zuschlagstoffen geschmolzen und sodann unter Zufuhr von sauerstoffhältigen Gasen zu Stahl gefrischt wird, wobei die entstehenden, Kohlenmonoxid enthaltenden Abgase rückgewonnen und gegebenenfalls nach Konditionierung als Reduktionsgase für die Direktreduktion der eisenoxidhaltigen Rohstoffe wiederverwendet werden.
  • Bei bekannten Verfahren dieser Art (DE-OS 24 01 909, DE-OS 24 24 932) wird der in einem Reduktionsofen erzeugte Eisenschwamm in einem metallurgischen Schmelzgefäß durch Reaktion von sauerstoffhaltigen Gasen mit kohlenstoffhaltigen Substanzen unter Zugabe von Zuschlagstoffen geschmolzen; das dabei entstehende Abgas wird als Reduktionsgas verwendet. Der laufende Bedarf an Reduktionsgas erfordert einen kontinuierlichen Betrieb des Schmelzgefäßes, indem unter den für die Gaserzeugung erforderlichen Betriebsbedingungen eine Schmelze erzeugt wird, die jedoch einen für Stahl noch zu hohen Kohlenstoffgehalt aufweist. Die Schmelze sowie die aus der Gangart des Eisenschwammes, den Verbrennungsrückständen der kohlenstoffhaltigen Substanzen und den Zuschlagstoffen gebildete Schlacke werden laufend aus dem Schmelzgefäß abgezogen. Die Schmelze wird in einem weiteren metallurgischen Gefäß zu Stahl fertiggefrischt.
  • Die Kombination eines Direktreduktionsofens mit einem Gaserzeuger und die Aufteilung des Schmelzens und Fertigfrischens auf zwei metallurgische Aggregate bringt verschiedene Nachteile mit sich: Im Falle einer Störung am Schmelzgefäß ist die Erzeugung von Reduktionsgas nicht mehr gegeben und die gesamte Anlage muß abgestellt werden. Die Wärmebilanz ist bei Aufteilung des Schmelzens und Fertigfrischens auf zwei Gefäße nicht zufriedenstellend; denn neben den durch das Umfüllen der Schmelze vom Schmelzgefäß in das Frischgefäß bedingten Temperaturverlusten erfordert die nicht umgehbare Bildung einer neuen Schlacke für den Frischprozeß zusätzliche Wärme.
  • Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, den Schmelzprozeß und den Frischprozeß im Anschluß an die Direktreduktion in einer solchen Weise zu kombinieren, daß das Gesamtverfahren sicherer, einfacher und wirtschaftlicher gestaltet wird als bei der herkömmlichen Arbeitsweise.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß der in der Direktreduktion erhaltene Eisenschwamm nacheinander in mindestens zwei der Direktreduktion zugeordnete Schmelz- und Frischaggregate eingebracht wird, in denen'- gegeneinander phasenverschoben - zuerst das Einschmelzen des Eisenschwammes unter Aufkohlung der Schmelze und sodann das Frischen der Schmelze vorgenommen wird,.derart, daß die Summe der in den phasenverschoben arbeitenden Schmelz- und Frischaggregaten erzeugten kohlenmonoxidhältigen Abgase im wesentlichen konstant gehalten wird.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden die Schmelz-und Frischaggregate nach Beendigung der jeweiligen Frischphase nur teilweise entleert und wird ein Teil der Schmelze für die nächste Chargierung zurückbehalten.
  • Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß bei Ausfall eines der metallurgischen Gefäße als Gaserzeuger der Bedarf an Reduktionsgas aus den noch verbleibenden Gaserzeugern gedeckt werden kann.
  • Vorzugsweise werden in der Einschmelzphase die sauerstoffhaltigen Gase und Schutzfluide in die Schmelze und in den über der Schmelze befindlichen Reaktionsraum und die feinkörnigen festen Kohlenstoffträger und die Zuschlagstoffe in die Schmelze eingeblasen. Durch das Einblasen sauerstoffhaltiger Gase in den Reaktionsraum oberhalb der Schmelze kann ein Teil des Kohlenmonoxides im Abgas zu Kohlendioxid nachverbrannt werden, wodurch das Einschmelzen des Eisenschwammes beschleunigt und der Wärmehaushalt im metallurgischen Gefäß schnell und wirkungsvoll beeinflußt werden kann. Dies ist z.B. erforderlich, wenn durch Unregelmäßigkeiten in der Direktreduktion vorübergehend schlechter reduzierter Eisenschwamm, d.h. Eisenschwamm mit einem geringeren Metallisierungsgrad zum Einsatz gelangt. Durch die Nachverbrennung von CO zu C02 wird zwar das erzeugte Abgas hinsichtlich seiner Eignung als Reduktionsgas schlechter, doch kann dieser Mangel durch nachträgliches Konditionieren des Gases wieder behoben werden.
  • Eine zusätzliche Beeinflussung des Wärmehaushaltes in den Schmelz- und Frischaggregaten bei gleichzeitiger Änderung der erzeugten Abgasmenge ist durch Veränderung der pro - Zeiteinheit in das Bad eingeblasenen sauerstoffhaltigen Gase und festen Kohlenstoffträger möglich. Das erfindungsgemäße Verfahren ist an zwei Ausführungsbeispielen in der Zeichnung diagrammatisch veranschaulicht.
  • Fig. 1 zeigt die Kombination einer Direktreduktionseinheit mit zwei Schmelz- und Frischaggregaten, Fig. 2 zeigt die Kombination einer Direktreduktionseinheit mit drei Schmelz- und Frischaggregaten.
  • Gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 1 arbeitet eine Direktreduktionseinheit 1 mit zwei metallurgischen Aggregaten 2 und 3 zusammen, die zweckmäßig als Konverter ausgebildet sind. Diese Konverter sind in an sich bekannter Weise mit Förder- bzw. Zuführungseinrichtungen für den Eisenschwamm und für feinkörnige feste Kohlenstoffträger sowie mit Blaseinrichtungen zum Einblasen von sauerstoffhaltigen Gasen und Schutzfluiden ausgestattet. Dabei mündet ein Teil der Blaseinrichtungen in den Gefäßwänden unterhalb des Niveaus der Einsatzstoffe und ein anderer Teil im Reaktionsraum oberhalb der Einsatzstoffe. Diese Zuführungs-und Zusatzeinrichtungen sind an sich bei der Durchführung solcher Verfahren bekannt.
  • Für jedes der metallurgischen Gefäße 2 und 3 wird erfindungsgemäß ein Verfahrenszyklus eingehalten, der aus den folgenden vier Phasen besteht:
    • a) Kontinuierliches Chargieren von Eisenschwamm in das Gefäß., in welchem eine Restschmelze vom vorhergehenden Zyklus belassen wurde, bei steigender Zufuhr von sauerstoffhaltigen Gasen und festenKohlenstoffträgern. In dieser Phase beginnt und verstärkt sich die Erzeugung an dem Kohlenmonoxid enthaltenden Gas.
    • b) Kontinuierliches Chargieren.von Eisenschwamm in das Gefäß bei konstanter Zufuhr von sauerstoffhaltigen Gasen und festen Kohlenstoffträgern. In dieser Phase ergibt sich bei kontinuierlichem Einsatz eine Verflüssigung der Schmelze bei gleichzeitiger Aufkohlung der Schmelze und konstanter Gaserzeugung.
    • c) Frischen der Schmelze durch Zufuhr von sauerstoffhaltigen Gasen ohne Zufuhr von festen Kohlenstoffträgern. In dieser Phase wird entkohlt, wobei die Menge des erzeugten Gases absinkt.
    • d) Probenehmen, Temperaturmessen und Abstechen der Schmelze. Restschmelze wird für den nächsten Zyklus-im Gefäß zurückbehalten.
  • Gemäß der Erfindung sind die Zyklen der beiden metallurgischen Gefäße gegeneinander um zwei Phasen bzw. Teilschritte verschoben, sodaß sich jeweils die Kombinationen a) - c) und b) - d) ergeben.
  • In Fig. 1 ist die erzeugte Gasmenge in Abhängigkeit von der Zeit für jedes Gefäß diagrammatisch dargestellt, wobei der Konverter 2 mit der ersten Phase a2 beginnt. Die erzeugte Gasmenge steigt in dieser Phase auf die volle Leistung an und wird in der zweiten Phase b2 konstant beibehalten. In der folgenden Phase c2 fällt während des Frischens die Gasmenge auf Null ab, worauf die Phase des Probenehmens und Abstechens folgt. Dann beginnt wieder eine neue Phase entsprechend der Phase a2.
  • Zur gleichen Zeit, zu der der Konverter 2 mit Phase a2 arbeitet, wird der Konverter 3 mit einer Frischphase c3 betrieben, worauf die Phasen d3, a3 und b3 folgen.
  • In Summe ergibt sich eine konstante Gaserzeugung, wie in dem Summendiagramm Σ 2 + 3 dargestellt ist. Diese Darstellung entspricht dem störungsfreien Betrieb.
  • Im Falle einer Betriebsstörung bei einem der metallurgischen Gefäße kann das andere Gefäß, wenn es sich in Phase c) befindet, durch Zufuhr von Kohlenstoffträgern sofort wieder die volle Gaserzeugung übernehmen. Befindet sich das andere Gefäß in Phase a), wird, wenn die im Gefäß befindliche Schmelzenmenge gering ist, die Gasproduktion vorübergehend etwas geringer sein. Es ist jedoch selbst dann kein Stillstand der Direktreduktionseinheit erfor-, derlich, wenn sich das andere Gefäß in Phase d) befindet. Erfolgt die Betriebsstörung zu einem Zeitpunkt, an dem sich das andere, noch funktionsfähige metallurgische Gefäß am Beginn der Phase d) befindet, wenn also noch die gesamte Schmelze darin enthalten ist, dann kann dieses Gefäß sofort als.Gaserzeuger mit voller Leistung in Betrieb genommen werden. Dem Bad wird Kohlenstoff zugeführt und das Bad gleichzeitig wieder gefrischt. Der in der Direktreduktionseinheit erzeugte Eisenschwamm muß abgezogen, gekühlt und gelagert werden.
  • Ereignet sich die Betriebsstörung während oder gegen Ende der Phase d) des funktionsfähigen Gefäßes, so kann auch hier sofort mit der Gaserzeugung begonnen werden. Im metallurgischen Gefäß befindet sich zumindest eine Restschmelze. Das Gefäß kann wieder mit Eisenschwamm beschickt werden, bis das-zulässige Schmelzengewicht erreicht ist, bei steigender Zufuhr von sauerstoffhaltigen Gasen und festen Kohlenstoffträgern. Anschließend arbeitet es nur als Gaserzeuger,und der Eisenschwamm muß wieder abgezogen, gekühlt und gelagert werden.
  • In Fig. 2 sind einer Reduktionseinheit 1 drei Schmelz-und Frischaggregate 2', 3' und 4' zugeordnet, die in sechs Phasen arbeiten.
    • a) Kontinuierliches Chargieren von Eisenschwamm in das Gefäß, in welchem eine Restschmelze vom vorhergehenden Zyklus belassen wurde, bei steigender Zufuhr von sauerstoffhaltigen Gasen und festen Kohlenstoffträgern. In dieser Phase beginnt und verstärkt sich die Erzeugung an dem Kohlenmonoxid enthaltenden Gas.
    • b) Kontinuierliches Chargieren von Eisenschwamm in das Gefäß bei konstanter Zufuhr von sauerstoffhaltigen Gasen und festen Kohlenstoffträgern. In dieser Phase ergibt sich bei kontinuierlichem Einsatz eine Verflüssigung der Schmelze bei konstanter Gaserzeugung.
    • c) und d) Konstante Zufuhr von sauerstoffhaltigen Gasen und festen Kohlenstoffträgern, wobei die Schmelze aufgekohlt und eine konstante Gaserzeugung beibehalten wird.
    • e) Frischen der Schmelze durch Zufuhr von sauerstoffhaltigen Gasen ohne Zufuhr von festen Kohlenstoffträgern. In dieser Phase wird entkohlt, wobei die Menge des erzeugten Gases absinkt.
    • f) Probenehmen, Temperaturmessen und Abstechen der Schmelze. Restschmelze wird für den nächsten Zyklus im Gefäß zurückbehalten.

    Gemäß der schematischen Darstellung ist der Zyklus des metallurgischen Gefäßes 2 gegenüber dem des Gefäßes 3 um zwei Phasen und gegenüber dem des Gefäßes 4 um vier Phasen verschoben, sodaß sich die Kombinationen a) - c) - e) und b) - d) - f) ergeben.
  • Bei der Kombination a) - c) - e) werden 50 % der Gaserzeugung durch ein metallurgisches Gefäß, die restlichen 50 % durch die beiden anderen Gefäße aufgebracht.
  • Bei der Kombination b) - d) - f) werden 50 % der Gaserzeugung durch ein metallurgisches Gefäß, die restlichen 50 % durch ein zweites Gefäß aufgebracht. Das dritte Gefäß ist in diesem Fall zum Zwecke der Probennahme und des Abstiches der Schmelze aus der Gaserzeugung herausgenommen.
  • Im Falle der Betriebsstörung an einem metallurgischen Gefäß kann der Reduktionsbetrieb immer noch mit der Gaserzeugung aus den beiden anderen Gefäßen aufrechterhalten werden.
  • Die Erfindung eröffnet außer den dargestellten Kombinationen auch noch weitere Möglichkeiten. Insbesondere, wenn statt einer einzigen Reduktionseinheit eine solche aus mehreren Modulen verwendet wird, ist eine Vielzahl von vorteilhaften Kombinationsmöglichkeiten im Rahmen der Erfindung gegeben.

Claims (3)

1. Verfahren zur direkten Herstellung von Stahl aus eisenoxidhaltigen Rohstoffen, vorzugsweise oxidischen Eisen- erzen,durch Direktreduktion der Rohstoffe mittels eines Reduktionsgases zu Eisenschwamm, welcher unter Zufuhr von feinkörnigen festen Kohlenstoffträgern, insbesondere Kohlen- und/oder Koksstaub, und von sauerstoffhaltigen Gasen sowie gegebenenfalls von Schutzfluiden in Form flüssiger oder gasförmiger Kohlenwasserstoffe und etwa erforderlichen Zuschlagstoffen geschmolzen und sodann unter Zufuhr von sauerstoffhältigen Gasen zu Stahl gefrischt wird, wobei die entstehenden, Kohlenmonoxid enthaltenden Abgase rückgewonnen und gegebenenfalls nach Konditionierung als Reduktionsgase für die Direktreduktion der eisenoxidhaltigen Rohstoffe wiederverwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Direktreduktion erhaltene Eisenschwamm nacheinander in mindestens zwei der Direktreduktion zugeordnete Schmelz- und Frischaggregate eingebracht wird, in denen - gegeneinander phasenverschoben - zuerst das Einschmelzen des Eisenschwammes unter Aufkohlung der Schmelze und sodann das Frischen der Schmelze vorgenommen wird, derart, daß die Summe der in den phasenverschoben arbeitenden Schmelz- und Frischaggregaten erzeugten kohlenmonoxidhältigen Abgase im wesentlichen konstant gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelz- und Frischaggregate nach Beendigung der jeweiligen Frischphase nur teilweise entleert und ein Teil der Schmelze für die nächste Chargierung zurückbehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einschmelzphase die sauerstoffhaltigen Gase und Schutzfluide in die Schmelze und in den über der Schmelze befindlichen Reaktionsraum und die feinkörnigen festen Kohlenstoffträger und die Zuschlagstoffe in die Schmelze eingeblasen werden.
EP81890024A 1980-02-28 1981-02-11 Verfahren zur direkten Herstellung von Stahl aus eisenoxidhaltigen Rohstoffen Withdrawn EP0035487A3 (de)

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