EP0108232A1 - Process for the reduction of molten metal ores - Google Patents

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EP0108232A1 EP83109472A EP83109472A EP0108232A1 EP 0108232 A1 EP0108232 A1 EP 0108232A1 EP 83109472 A EP83109472 A EP 83109472A EP 83109472 A EP83109472 A EP 83109472A EP 0108232 A1 EP0108232 A1 EP 0108232A1
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    • C22B5/12—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by gases

Definitions

  • the coal must be introduced at a location so high above the level of the molten metal accumulating in the bottom of the reaction vessel that, on the one hand, the metal reaches the molten metal bath with as little carbon as possible and, on the other hand, no carbon is introduced into the molten metal. This avoids or reduces the effort for additional fresh treatment.
  • the choice of the height of the liquid ore column is the choice of the height of the liquid ore column. According to the invention, this must be dimensioned such that the CO formed completely reacts to form CO 2 as it rises through the liquid ore column in the reaction vessel.

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Abstract

1. Process for the production of metals or metal alloys by fusion reduction of ore or ore mixtures by means of coal and/or process gas as the reducing agent in a reaction vessel, such as a converter or shaft furnace, the reducing agent being introduced together with oxygen into a column of liquid ore generated in the reaction vessel, characterized in that the reducing agent and oxygen are fed at such a level above the bath of molten metal forming in the reaction vessel into the ore column, which consists of a mixture of the components iron ore, chromium ore and ores or oxides of other alloy elements, corresponding to the desired composition of the finished alloy steel or a premelted steel, and liquefied together at least partially with the formation of a suspension, that the reduced metal drops sinking downwards pass at a low carbon content into the bath of molten metal, the ore being liquefied up to such a level in the reaction vessel above the feed point for carbon and oxygen that carbon escapes from the reaction vessel only in the fully oxidized state, i.e. as CO2 .

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von unlegiertem oder legiertem Stahl, Stahlvorschmelzen, Nichteisenmetallen oder Nichteisenlegierungen durch Schmelzreduktion von Erz oder Erzgemischen mit Hilfe von Kohle und/oaer Prozeßgas in einem Reaktionsgeiäß, wie einem Konverter oder Schachtofen.The invention relates to a process for the production of unalloyed or alloyed steel, pre-melting steel, non-ferrous metals or non-ferrous alloys by melting reduction of ore or ore mixtures with the help of coal and / or process gas in a reaction vessel, such as a converter or shaft furnace.

Schmelzreduktionsverfahren bieten die Möglichkeit, feinkörnige Erze als Einsatzstoffe ohne aufwendige Vorbereitung zu nutzen. Durch die hohe Energiekonzentration und die günstigen Stofftransportbedingungen in den flüssigen Phasen ist die volumenspezifische Reaktionsgeschwindigkeit wesentlich größer als bei konventionellen Reduktionsverfahren.Smelting reduction processes offer the possibility of using fine-grained ores as feedstocks without time-consuming preparation. Due to the high energy concentration and the favorable mass transfer conditions in the liquid phases, the volume-specific reaction rate is significantly higher than with conventional reduction processes.

Schmelzreduktion von Metallerzen zur Erzeugung insbesondere von Roheisen oder Stahl wird in vielfältiger Weise durchgeführt, wobei unterschiedliche Gefäße, wie Schacht- oder Hochofen, Elektroofen oder Konverter verwendet werden. Eine Übersicht über die bisher angewendeten Verfahrenstechniken der Schmelzreduktion haben R. Thielmann und R. Steffen in der Zeitschrift "Stahl und Eisen" 101 (1981), Seiten 71 bis 81 gegeben. Prinzipiell erfolgt die Schmelzreduktion in der Weise, daß in abgestimmten Mengen Erz und Kohle von oben in das Reaktionsgefäß chargiert werden und Prozeßgas, meist Luft oder Sauerstoff, eingeblasen wird. Dabei ist es zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Verfahrensweise meist erforderlich, das Erz vorzureduzieren. Durch getrennte Öffnungen wird das schmelzflüssige Metall oder die Metallegierung und die auf dem Metallschmelzbad schwimmende flüssige Schlacke aus dem Reaktionsgefäß abgezogen (abgestochen).Smelting reduction of metal ores for the production of pig iron or steel in particular is carried out in a variety of ways, using different vessels, such as shaft or blast furnace, electric furnace or converter. R. Thielmann and R. Steffen in the journal "Stahl und Eisen" 101 (1981), pages 71 to 81, gave an overview of the previously used process techniques for smelting reduction. In principle, the smelting reduction takes place in such a way that batches of ore and coal are charged into the reaction vessel from above and process gas, usually air or oxygen, is blown in. To increase the economic viability of the procedure, it is usually necessary to pre-reduce the ore. The molten metal or the metal alloy and the liquid slag floating on the molten metal bath are withdrawn (tapped) from the reaction vessel through separate openings.

Als nachteilig wird bei den bekannten Schmelzreduktionsverfahren empfunden, daß sie nicht einstufig durchgeführt werden können, sondern entweder für die Abgasaufbereitung oder die Erzvorbereitung zusätzliche Verfahrensstufen, Energie und Anlagen bedingen.A disadvantage of the known smelting reduction processes is that they cannot be carried out in one step, but instead require additional process steps, energy and systems for either the exhaust gas treatment or the ore preparation.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schmelzreduktionsverfahren für Metallerze oder -oxyde anzugeben, bei dem in-einstufiger Arbeitsweise der gesamte Energieinhalt des verwendeten Reduktionsmittels ausgenutzt und damit auf zusätzliche Maßnahmen, wie Abgasreinigung oder Erzvorreduktion, verzichtet werden kann.The invention is therefore based on the object of specifying a smelting reduction process for metal ores or oxides, in which the entire energy content of the reducing agent used is used in a one-step operation and additional measures such as exhaust gas purification or ore reduction can thus be dispensed with.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren vorgeschlagen.To achieve this object, the method characterized in claim 1 is proposed according to the invention.

Die eriindungsgemäße Verfahrensweise sieht eine Reihe von Maßnahmen vor, die erst im Zusammenwirken die gestellte Aufgabe lösen. So ist es ein wesentlicher Gesichtspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß die zur Reduktion benötigte Kohle ausschließlich von außen in die flüssige Erzsäule' eingebracht wird, damit das gebildete CO2 nicht durch Kontakt mit Kohlenstoff in der Flüssigerzsäule wieder zu CO reagiert, was dann eine Abgasbehandlung und -verwertung erforderlich machen-würde. Dies ist auch der Gesichtspunkt, der das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich von den bekannten Schmelzreduktionsverfahren unterscheidet. Bei den bekannten Verfahren wird nämlich Erz in Mischung mit Kohle chargiert. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert sowohl bei chargenweisem als auch bei kontinuierlichem Betrieb eine zeitlich abgestimmte Zugabe von Erz, Kohlenstoff und Sauerstoff entsprechend der Stöchiometrie, der Reaktionsgeschwindigkeit und des spezifischen Wärmebedarfs.The procedure according to the invention provides for a series of measures which only solve the task in cooperation. It is an essential aspect of the method according to the invention that the coal required for the reduction is only introduced into the liquid ore column from the outside, so that the CO 2 formed does not react to CO again through contact with carbon in the liquid ore column, which then results in exhaust gas treatment and - would require recovery. This is also the point of view which essentially differentiates the method according to the invention from the known smelting reduction methods. In the known processes, ore is charged in a mixture with coal. The method according to the invention requires a timed addition of ore, carbon and oxygen in accordance with the stoichiometry, the reaction rate and the specific heat requirement both in batch and in continuous operation.

Von wesentlicher Bedeutung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ferner, wie bzw. wo die Kohle in die Flüssigerzsäule eingebracht wird. Die Kohle muß an einer so hoch über dem Spiegel des sich im Boden des Reaktionsgefäßes ansammelnden schmelzflüssigen Metalls liegenden Stelle eingebracht werden, daß einerseits das Metall möglichst kohlenstoffarm in das Metallschmelzbad gelangt und andererseits kein Kohlenstoff in die Metallschmelze eingebracht wird. Hierdurch wird der Aufwand für eine zusätzliche Frischbehandlung vermieden bzw. vermindert.How or where the coal is introduced into the liquid ore column is also of crucial importance in the method according to the invention. The coal must be introduced at a location so high above the level of the molten metal accumulating in the bottom of the reaction vessel that, on the one hand, the metal reaches the molten metal bath with as little carbon as possible and, on the other hand, no carbon is introduced into the molten metal. This avoids or reduces the effort for additional fresh treatment.

Eine weitere Maßnahme von besonderer Bedeutung ist die Wahl der Höhe der Flüssigerzsäule. Diese muß erfindungsgemäß so bemessen werden, daß gebildetes CO beim Aufsteigen durch die Flüssigerzsäule in dem Reaktionsgefäß vollständig zu C02 ausreagiert.Another measure of particular importance is the choice of the height of the liquid ore column. According to the invention, this must be dimensioned such that the CO formed completely reacts to form CO 2 as it rises through the liquid ore column in the reaction vessel.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu folgenden Vorteilen:

  • - Der Energieinhalt des Reduktionsmittels wird bis auf die fühlbare Wärme nahezu vollständig ausgenutzt,
  • - der Einsatz von preiswertem Reduktionsmittel, wie Feinkohle, ist möglich,
  • - die Schmelzreduktion läßt sich einstufig ausführen, d. h., es werden zusätzliche Maßnahmen, wie Abgasreinigung, Erzvorreduktion oder Frischen der Metallschmelze, vermieden,
  • - infolge der Einstufigkeit der Arbeitsweise sind auch Energieaufwand und -verluste niedriger,
  • - durch entsprechende Bemessung der Erzmischung können unmittelbar Metallegierungen vorbestimmter Zusammensetzung erzeugt werden,
  • - dabei ergibt sich die Möglichkeit, hochschmelzende Oxyde, z. B. Chromoxyd, auch in fester Form bei Bildung einer Suspension in einer flüssigen Schlackenschmelze bei einer Temperatur von 1600 bis 18000C sehr schnell zu reduzieren, was sonst bei Direktreduktion im festen Zustand wegen des Sinterns der Beschickung nicht erreichbar ist,
  • - Möglichkeit der ausschließlichen Verwendung von Primärenergie zur Reduktion.
The process according to the invention leads to the following advantages:
  • - The energy content of the reducing agent is almost completely used up to the sensible warmth,
  • - the use of inexpensive reducing agents, such as fine coal, is possible,
  • the smelting reduction can be carried out in one stage, ie additional measures such as exhaust gas purification, ore pre-reduction or freshening of the metal smelt are avoided,
  • - due to the one-step procedure, energy expenditure and losses are lower,
  • by appropriate dimensioning of the ore mixture, metal alloys of a predetermined composition can be produced directly,
  • - There is the possibility of melting oxides, z. B. Chromium oxide, also in solid form when forming a suspension in a liquid slag melt at a temperature of 1600 to 1800 0 C very quickly, which is otherwise not possible with direct reduction in the solid state due to the sintering of the feed,
  • - Possibility of using primary energy exclusively for reduction.

Grundsätzlich ist es aber auch möglich, einen Teil der Prozeß- und Verlustwärme oder die gesamte Menge durch andere Energiequellen als die Verbrennung des in die Flüssigerzsäule eingebrachten Kohlenstoffs zu erzeugen. Es wird aber bevorzugt, Kohle zur Reduktion und zur Erzeugung der benötigten Wärme einzubringen, am besten durch Einblasen.In principle, however, it is also possible to generate some or all of the process and loss heat by means of energy sources other than the combustion of the carbon introduced into the liquid ore column. However, it is preferred to introduce coal to reduce and generate the required heat, preferably by blowing.

Kohle und auch Sauerstoff können in mehreren Höhen, am besten entsprechend dem örtlichen Bedarf zugeführt werden.Coal and oxygen can be supplied at several levels, ideally according to local needs.

In der Zeichnung ist schematisch ein Schachtofen als Reaktionsgefäß dargestellt. Die Gleichungen der darin ablaufenden Reaktionen sind für Eisen als Beispiel angegeben.In the drawing, a shaft furnace is shown schematically as a reaction vessel. The equations of the reactions taking place are given as an example for iron.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von Metallen oder Metallegierungen durch Schmelzreduktion von Erz oder Erzgemischen mit Hilfe von Kohle und/oder Prozeßgas in einem Reaktionsgefäß, wie einem Konverter oder Schachtofen, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Reduktion des Erzes benötigte Kohle bzw. das Reduktionsgas mit Sauerstoff in eine im Reaktionsgefäß erzeugte flüssige Erzsäule eingebracht wird und zwar in einer solchen Höhe oberhalb-des sich im Reaktionsgefäß bildenden Metallschmelzbades, daß die reduzierten nach unten absinkenden Metalltropfen kohlenstoffarm in das Metallschmelzbad gelangen, wobei das Erz bis zu einer solchen Höhe im Re.aktionsgefäß oberhalb der Einbringstelle für Kohlenstoff und Sauerstoff verflüssigt wird, daß Kohlenstoff nur vollständig oxidiert, d. h. als C02 aus dem Reaktionsgefäß entweicht.1. A process for the production of metals or metal alloys by smelting reduction of ore or ore mixtures with the aid of coal and / or process gas in a reaction vessel, such as a converter or shaft furnace, characterized in that the coal or the reducing gas required for reducing the ore or oxygen is introduced into a liquid ore column produced in the reaction vessel and at such a height above that of the molten metal bath that forms in the reaction vessel that the reduced metal drops sinking downward reach the metal molten bath with low carbon content, with the ore up to such a height in the reaction vessel above the introduction point for carbon and oxygen is liquefied, that carbon is only completely oxidized, ie escapes as CO 2 from the reaction vessel. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohle Feinkohle, Sauerstoff in Form von technischem Sauerstoffgas und Erz in Form von Feinerz kontinuierlich oder in Teilmengen in das Reaktionsgefäß eingebracht werden.2. The method according to claim 1, characterized in that as coal fine coal, oxygen in the form of technical oxygen gas and ore in the form of fine ore are introduced continuously or in portions into the reaction vessel. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kohle und Sauerstoff in die Flüssigerzsäule eingeblasen werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that coal and oxygen are blown into the liquid ore column. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Mischung Eisenerz, Chromerz und Erze oder Oxyde anderer Legierungselemente gemeinsam verflüssigt oder zumindest teilweise unter Bildung einer Suspension verflüssigt werden, wobei die Mischung derart eingestellt wird, daß die gewünschte Zusammensetzung des fertig legierten Stahls oder einer Stahlvorschmelze erzielt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that in a mixture iron ore, chrome ore and ores or oxides of other alloying elements are liquefied together or at least partially liquefied to form a suspension, the mixture being adjusted such that the desired composition of the finished alloy steel or a steel pre-melt is achieved.
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