EP0046145B1 - Verfahren zur Direktreduktion von Eisenträgern sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/04—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in retorts
Definitions
- the invention relates to a method for the direct reduction of iron carriers, in particular iron ores, in a shaft-like muffle furnace with the combustion chambers surrounding the muffle furnace, in which the iron carrier is introduced in lumpy form with a grain size of more than 5 mm, together with lumpy reducing agents and optionally additives, and the reaction gases from the muffle furnace are passed with their sensible heat into the combustion chamber (s) surrounding the muffle furnace.
- the reduction takes place consistently in the solid phase and the process is therefore carried out at temperatures which are usually up to about 1,150 ° C.
- the discharged material is separated by means of magnetic separation and sieving, and the excess reducing agent separated from the sponge iron can be returned to the process.
- the wall of the shaft furnace or muffle furnace mostly consists of silicon carbide.
- the known methods of this type now require a total of around 14.5 GJ to 16.0 GJ per ton of sponge iron. About half of this energy consumption is accounted for by 7-8 GJ on the solid reducing agents, e.g. B. coal. Another around 7-8 GJ correspond to the other half for heating the furnace from the outside, for example with natural gas.
- the invention now aims to carry out the method of the type mentioned at the outset in such a way that the heat balance is improved without disadvantages with regard to the reduction in the declining charge being accepted.
- the invention essentially consists in that the muffle furnace is sealed gas-tight and the reaction gases are discharged directly into the combustion chamber (s) via openings in the wall of the muffle furnace. Because the hot flammable reduction products, especially carbon monoxide and the volatile components of the coal flow from the interior of the muffle furnace into the combustion chamber, both the chemically bound and the sensible heat of these exhaust gases can be fully utilized, which significantly improves the heat balance becomes.
- the device proposed for carrying out this method is essentially characterized in that the muffle furnace can be closed gas-tight at its feed and discharge ends and that the wall of the muffle furnace has openings arranged in at least one plane and opening into the combustion chamber (s).
- the fact that the muffle furnace is provided with tight locks at its discharge end and its discharge end and that openings in the wall of the muffle furnace are provided in at least one plane ensures that the reducing gas generated inside the muffle furnace and the volatile components of the Only flow coal from the inside to the outside, as an overpressure is built up inside the furnace through the dense locks. A backflow of oxidizing gases into the reduction chamber is thus prevented. It has been shown that these measures can reduce the total energy consumption by over 2.5 GJ / t sponge iron. This reduction in energy consumption can be increased even further by using coal with high proportions of combustible volatile constituents, it being readily possible to reduce the total energy consumption by approximately 4.2 GJ / t iron sponge by approximately 25%.
- a preferred development of the device according to the invention is characterized in that the combustion chambers are designed in a manner known per se as annular chambers concentric with the muffle furnace and adjoining one another in the axial direction of the muffle furnace, and in that the annular chambers, into which the openings to the interior of the muffle furnace open, are close to the floor of these chambers have cleaning openings which can be opened and closed radially outwards.
- cleaning openings are provided in the chambers which are connected to the interior of the muffle furnace, through which, for example, zinc oxides, alkalis or other metal oxides can be discharged.
- these measures also involve further cleaning of the feed of metallurgically disruptive components.
- 1 is the muffle furnace.
- the muffle furnace is fed from above via a double bell top gas lock as an entry lock, the entry lock being designated by 2.
- Combustion chambers 3 and 4 are provided concentrically with the muffle furnace 1 and connect to one another in the axial direction of the muffle furnace. Burners 5 and 6, which are heated with methane, are arranged in these combustion chambers. The fuel gas is fed to the burners 5 and 6 via the lines 7.
- a water cooling section 8 is provided at the discharge end of the muffle furnace, the reduced material being conveyed through a discharge screw 9 to the discharge lock 10.
- the discharge lock 10 has two slides 11 and 12 and is thus designed as a gas-tight double lock.
- the discharged material is sieved in a sieve 13 and separated into fine sponge iron and non-magnetic content by magnetic separation 14.
- the coarse-grained material is also divided into sponge iron pellets and excess lumpy reducing agents via a magnetic separator 14, which are returned to the entry lock 2 via a conveyor 15.
- Combustion air is supplied to the combustion chambers 3 and 4 via a fan 16 and lines 17 and 18.
- the lines 17 are guided here via a heat exchanger 19 which is heated by the exhaust gases emerging from the combustion chambers 3 and 4 via the lines 20. The combustion air is thus preheated.
- the muffle furnace has in the area of the upper combustion chamber 3 outlet openings 21 which open directly into this combustion chamber 3.
- outlet openings 22 are provided in the wall of the muffle furnace 1, which open directly into the combustion chamber 4.
- condensing liquid or solid products such as zinc oxides, liquid zinc or the like
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Direktreduktion von Eisenträgern, insbesondere Eisenerzen, in einem schachtartigen Muffelofen mit den Muffelofen umgebenden Brennkammern, bei welchem der Eisenträger in stückiger Form mit einer Korngröße von über 5 mm, zusammen mit stückigen Reduktionsmitteln und gegebenenfalls Zuschlägen eingebracht wird und die Reaktionsgase aus dem Muffelofen mit ihrer fühlbaren Wärme in die den Muffelofen umgebenden Brennkammer(n) geleitet werden.
- Bei den bekannten Verfahren zur Direktreduktion von Eisenträgern werden Stückerz- oder Eisenerzpellets zusammen mit festen Reduktionsmitteln am oberen Ende eines Schachtofens aufgegeben. Je nach verwendeter Kohle werden Zusätze, wie Kalk, eingesetzt, um den Schwefel der Kohle zu binden. Das Aufheizen der Beschickung aus Erz, Pellets oder ähnlichen und festen Reduktionsmitteln erfolgt durch Wärmetransport von den Muffelofen bzw. Schachtofen außen umgebenden Kammern aus. In diesen Kammern werden beispielsweise flüssige oder gasförmige Brennstoffe verbrannt. Die Beschickung sinkt durch eine Vorwärmzone, in welcher auch eine Vorreduktion von Fe203 und Fe304 zu FeO erfolgt, in eine Reduktionszone ab und kühlt in Richtung zum Austrag ab. Die Reduktion erfolgt hiebei durchwegs in der festen Phase und es wird somit bei Temperaturen gearbeitet, welche üblicherweise bis zu etwa 1 150 °C betragen. Das ausgetragene Material wird mittels Magnetscheidung und Siebung getrennt, wobei das vom Eisenschwamm abgetrennte überschüssige Reduktionsmittel dem Prozeß rückgeführt werden kann. Die Wandung des Schachtofens bzw. Muffelofens besteht zumeist aus Siliziumkarbid. Die bekannten Verfahren dieser Art benötigen nun pro Tonne Eisenschwamm in Summe rund 14,5 GJ bis 16,0 GJ. Von diesem Energieverbrauch entfallen rund die Hälfte entsprechend 7-8 GJ auf die festen Reduktionsmittel, z. B. Kohle. Weitere rund 7-8 GJ entsprechen der anderen Hälfte für die Reheizung des Ofens von außen, beispielsweise mit Erdgas. Die bei der Reduktion der Eisenoxyde mit festen Reduktionsmitteln entstehenden kohlenmonoxydhältigen heißen Gase sowie weitere brennbare flüchtige Bestandteile der Kohle stellen hochwärtige Energieträger dar und es wurde aus diesem Grunde in der der DE-C-490 409 bereits vorgeschlagen, derartige Reaktionsgase zur Beheizung der einen Reduktionsofen umgebenden Heizkammern oder zu anderen Zwecken zu benutzen. Die Vorteile der Verwendung eines Muffelofens gegenüber der Verwendung eines Drehrohrofens sind in erster Linie darin zu erblicken, daß die gesamte reduzierende Zone durch die Siliziumkarbidwände des Ofens von der oxydierenden Heizzone getrennt ist. Bei einem Drehrohrofen werden nun die aus der Schüttung austretenden heißen Reduktionsprodukte verbrannt und geben noch innerhalb des Prozesses Wärme für den Prozeß ab. Dieser Vorteil wird aber durch eine weniger exakte Trennung der oxydierenden und der reduzierenden Zonen im Drehrohrofen erkauft.
- Die Erfindung zielt nun darauf ab, das Verfahren der eingangs genannten Art so durchzuführen, daß die Wärmebilanz verbessert wird, ohne daß hiebei Nachteile in Bezug auf die Reduktion der niedergehenden Beschickung in Kauf genommen werden. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß der Muffelofen gasdicht abgeschlossen wird und die Reaktionsgase über Öffnungen in der Wandung des Muffelofens unmittelbar in die Brennkammer(n) abgeleitet werden. Dadurch, daß die heißen brennbaren Reduktionsprodukte, vor allen Dingen Kohlenmonoxyd sowie die flüchtigen Bestandteile der Kohle aus dem Innenraum des Muffelofens in den Brennraum strömen, läßt sich sowohl die chemisch gebundene, als auch die fühlbare Wärme dieser Abgase vollständig nützen, wodurch die Wärmebilanz wesentlich verbessert wird.
- Die für die Durchführung dieses Verfahrens vorgeschlagene Vorrichtung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Muffelofen an seinen Aufgabe- und Austragsenden gasdicht abschließbar ist und daß die Wandung des Muffelofens in wenigstens einer Ebene angeordnete, in die Brennkammer(n) mündende Öffnungen aufweist. Dadurch, daß der Muffelofen an seinem Aufgabeende und seinem Austragsende mit dicht haltenden Schleusen versehen ist und dadurch, daß in wenigstens einer Ebene Öffnungen in der Wandung des Muffelofens vorgesehen sind, wird sichergestellt, daß das im Inneren des Muffelofens entstehende Reduktionsgas sowie die flüchtigen Anteile der Kohle ausschließlich von innen nach außen strömen, da im Inneren des Ofens durch die dichten Schleusen ein Überdruck aufgebaut wird. Es wird somit ein Rückströmen von oxydierenden Gasen in den Reduktionsraum verhindert. Es hat sich gezeigt, daß durch diese Maßnahmen der Gesamtenergieverbrauch um über 2,5 GJ/t Eisenschwamm gesenkt werden kann. Diese Verringerung des Energieverbrauches kann durch die Verwendung von Kohle mit hohen Anteilen an brennbaren flüchtigen Bestandteilen noch weiter gesteigert werden, wobei eine Verringerung des Gesamtenergieverbrauches um rund 4,2 GJ/t Eisenschwamm entsprechend etwa 25 % ohne weiteres möglich ist.
- Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammern in an sich bekannter Weise als zum Muffelofen konzentrische und in Achsrichtung des Muffelofens aneinander anschließende Ringkammern ausgebildet sind und daß die Ringkammern, in welche die Öffnungen zum Innenraum des Muffelofens münden, nahe dem Boden dieser Kammern radial nach außen öffenbare und verschließbare Putzöffnungen aufweisen. Durch die Trennung der Brennkammern, in welche die Öffnungen zum Innenraum des Muffelofens münden, von den übrigen Brennkammern, lassen sich flüchtige und leicht kondensierende Verunreinigungen der Beschickung, welche im nachfolgenden Stahlfrischprozeß stören würden, leichter abtrennen. Zu diesem Zweck sind in den Kammern, welche mit dem Innenraum des Muffelofens verbunden sind, nach außen öffenbare Putzöffnungen vorgesehen, über welche beispielsweise Zinkoxyde, Alkalien oder andere Metalloxyde, ausgetragen werden können. Diese Maßnahmen bringen somit neben der Verbesserung des Energiehaushaltes auch noch eine weitere Reinigung der Beschickung von metallurgisch störenden Bestandteilen mit sich.
- Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es wurde ein Einsatz von 1 350 kg Fe203 in Form von Pellets und Kalk mit 300 kg Kohle in stückiger Form chargiert. Die Energiebilanz läßt sich wie folgt darstellen : Eingebrachte Energie : 300 kg Kohle (25100 KJ/kg)
- 200 Nm3CH4 (40 400 KJ/Nm3)
- 80 kWh Strom (3 600 KJ/kWh)
- Hierauf wurde in einem entsprechend der Erfindung modifizierten Schachtofen mit der gleichen Charge gearbeitet, wobei das obere Ende des Muffelofens mit einem Doppelglockengichtgasverschluß abgeschlossen wurde und das Austragsende mit einer Dopelschleuse versehen wurde, um einen gasdichten Abschluß sicherzustellen. Der Erdgasverbrauch konnte von 200 Nm3/t Eisenschwamm auf etwa 120 Nm3/t verringert werden. Die übrigen Verbrauchswerte blieben von dieser Maßnahme unberührt. Für diese zweite Charge wurde eine Vorrichtung, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, eingesetzt.
- In der Zeichnung ist mit 1 der Muffelofen bezeichnet. Der Muffelofen wird von oben über einen Doppelglockengichtgasverschluß als Eintragsschleuse beschickt, wobei die Eintragsschleuse mit 2 bezeichnet ist. Konzentrisch zum Muffelofen 1 sind Brennkammern 3 und 4 vorgesehen, welche in Achsrichtung des Muffelofens aneinander anschließen. In diesen Brennkammern sind Brenner 5 und 6 angeordnet, welche mit Methan beheizt werden. Das Brenngas wird hiebei über die Leitungen 7 den Brennern 5 und 6 zugeführt. Am Austragsende des Muffelofens ist eine Wasserkühlstrecke 8 vorgesehen, wobei das reduzierte Material durch eine Austragsschnecke 9 zur Austragsschleuse 10 befördert wird. Die Austragsschleuse 10 weist zwei Schieber 11 und 12 auf und ist somit als gasdichte Doppelschleuse ausgebildet. Das ausgetragene Material wird in einem Sieb 13 gesiebt und durch Magnetscheidung 14 in feinen Eisenschwamm und nichtmagnetischen Anteil getrennt. Das grobkörnige Material wird gleichfalls über eine Magnetscheidung 14 in Eisenschwammpellets und überschüssige stückige Reduktionsmittel geteilt, welche über eine Fördereinrichtung 15 der Eintragsschleuse 2 zurückgeführt werden.
- Den Brennkammern 3 und 4 wird Verbrennungsluft über ein Gebläse 16 sowie Leitungen 17 und 18 zugeführt. Die Leitungen 17 werden hiebei über einen Wärmetauscher 19 geführt, welcher durch die aus den Brennkammern 3 und 4 über die Leitungen 20 austretenden Abgase beheizt wird. Die Verbrennungsluft wird somit vorerwärmt.
- Der Muffelofen weist im Bereich der oberen Brennkammer 3 Austrittsöffnungen 21 auf, welche unmittelbar in diese Brennkammer 3 münden. Im Bereich der unteren Brennkammer 4 sind Austrittsöffnungen 22 in der Wandung des Muffelofens 1 vorgesehen, welche unmittelbar in die Brennkammer 4 münden.
- Mit 23 sind jeweils Austragsöffnungen am unteren Ende der Brennkammern 3 und 4 bezeichnet, über welche kondensierende flüssige oder feste Produkte, wie beispielswese Zinkoxyde, flüssiges Zink od. dgl., welche zusammen mit den Reaktionsgasen über die Bohrungen 21 und 22 in die jeweiligen Brennkammern 3 und 4 ausgetreten sind, ausgetragen werden können.
Claims (3)
1. Verfahren zur Direktreduktion von Eisenträgern, insbesondere Eisenerzen, in einem schachtartigen Muffelofen (1) mit den Muffelofen umgebenden Brennkammern (3, 4), bei welchem der Eisenträger in stückiger Form mit einer Korngröße von über 5 mm, zusammen mit stückigen Reduktionsmitteln und gegebenenfalls Zuschlägen eingebracht wird und die Reaktionsgase aus dem Muffelofen (1) mit ihrer fühlbaren Wärme in die den Muffelofen umgebenden Brennkammer(n) (3, 4) geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Muffelofen (1) gasdicht abgeschlossen und die Reaktionsgase über Öffnungen (21, 22) in der Wandung des Muffelofens (1) unmittelbar in die Brennkammer(n) (3, 4) abgeleitet werden.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Muffelofen (1) an seinen Aufgabe- und Austragsenden (2) gasdicht abschließbar ist und daß die Wandung des Muffelofens (1) in wenigstens einer Ebene angeordnete, in die Brennkammer(n) (3, 4) mündende Öffnungen (21, 22) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammern (3, 4) in an sich bekannter Weise als zum Muffelofen (1) konzentrische und in Achsrichtung des Muffelofens (1) aneinander anschließende Ringkammern ausgebildet sind und daß die Ringkammern, in welche die Öffnungen (21, 22) zum Innenraum des Muffelofens (1) münden, nahe dem Boden dieser Kammern radial nach außen öffenbare und verschließbare Putzöffnungen (23) aufweisen.
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