EP0321018B1 - Verfahren zur Direktreduktion von eisenoxidhaltigen Materialien im Drehrohrofen - Google Patents

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EP0321018B1
EP0321018B1 EP88202755A EP88202755A EP0321018B1 EP 0321018 B1 EP0321018 B1 EP 0321018B1 EP 88202755 A EP88202755 A EP 88202755A EP 88202755 A EP88202755 A EP 88202755A EP 0321018 B1 EP0321018 B1 EP 0321018B1
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EP
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rotary kiln
fraction
iron oxide
fine
blown
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Gerd Elsenheimer
Hermann Lommert
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Metallgesellschaft 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
    • C21B13/08—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in rotary furnaces

Definitions

  • the invention relates to a process for the direct reduction of iron oxide-containing materials by means of solid carbon-containing reducing agents to sponge iron in the rotary tube furnace, wherein coarse-grained iron oxide-containing material is charged into the loading end of the rotary tube furnace and fine-grained iron oxide-containing material is blown into the reduction zone.
  • the fine grain is usually screened below about 5 mm before use in the rotary kiln.
  • This screening of the fine grain fraction is necessary because the fine fraction is heated and reduced more quickly on the way through the rotary kiln than the coarse material and therefore tends to overheat or reoxidize. This then leads to softening of the feed and formation of deposits, especially in connection with the coal ash.
  • a pre-broken material for example with a grain size of 60 to 100 mm, is often delivered, which is then crushed to the intended upper grain size of approximately 15 to 25 mm.
  • the resulting fine fraction of less than 5 mm can be up to about 25% of the starting material. This fine fraction can only be sold at a discount or has to be landfilled and thus burdens the manufacturing costs for the sponge iron.
  • GB-PS 1 098 157 a method for the direct reduction of fine-grained iron ores is known, in which possibly existing parts with a grain size of over 5 mm or over 2 mm are screened and charged into the loading end of the rotary kiln, while the fine-grained ore from the discharge end of the rotary kiln and is distributed over the feed at least 4 m in length. It is preferred to sieve, pellet or briquette from the fine-grain ore the finest fraction with a grain size of less than 0.06 mm and then charge it into the loading end. If there are only small proportions with a grain size above 5 mm or 2 mm, the entire ore is blown in. The finest fraction made into pieces can also be blown in. However, application of this method to the fine fraction of lumpy ores does not lead to satisfactory operating results.
  • the object of the invention is to utilize the fine fraction as economically as possible without disadvantage for the method when processing lumpy materials containing iron oxide.
  • the term "lumpy iron oxide containing material” includes both lumpy iron ore and pelletized iron ore or other substances containing iron oxide such as dusts from steel production. In the case of a feed consisting of pellets, the fine fraction consists of pellet breakage and abrasion.
  • the term "screen cut” is to be understood as meaning a screening with a constant screen opening in the specified range.
  • the fine fraction is blown into the discharge end of the rotary kiln using a gaseous carrier medium, preferably air. Coarser particles are thrown further into the furnace than finer particles. The amount and distribution of the fine fraction of the material are adjusted so that the material is heated up to the point of discharge and largely reduced.
  • the blowing can be carried out by means of one or more blowing devices.
  • the blowing width can be adjusted and regulated by changing the blowing angle of the blowing device and / or changing the blowing speed.
  • the fine fraction can be blown in separately or together with a solid reducing agent.
  • the rotary kiln can be operated both in countercurrent and in cocurrent between the direction of flow of the feed and the gas atmosphere in the furnace.
  • the fine fraction is blown in the direction of flow of the gas atmosphere and in the co-current process against the direction of flow in the gas atmosphere.
  • the reduction zone of the rotary kiln is the zone in which a reduction to metallic iron takes place.
  • a preferred embodiment is that the fine fraction of the iron oxide-containing material up to 40% of the furnace length, calculated from the discharge end of the rotary kiln, preferably 15 to 20% of the furnace length, is blown in. With this blowing length, a very good and quick reduction of the blown material is achieved without disturbing the furnace operation.
  • a preferred embodiment is that the fine fraction of the iron oxide-containing material is blown into the rotary kiln without the addition of a solid carbon-containing reducing agent.
  • the separate injection of the fine fraction enables a particularly good and even distribution on the feed.
  • a preferred embodiment is that the fine fraction containing iron oxide is distributed in the upper quadrant of the furnace cross section to the feed running off the wall of the furnace.
  • the fine fraction is distributed to the feed in the upper right quadrant of the cross section of the kiln.
  • a preferred embodiment consists in charging the fine fraction of the iron oxide-containing material together with the reduced material discharged from the rotary kiln into the indirect cooler.
  • the reduced material discharged from the furnace is charged into the indirect cooler in the absence of air.
  • the cooler is connected to the reducing gas atmosphere at the discharge end of the rotary kiln, so that the Cooling takes place under reducing conditions.
  • the outside of the cooler is sprinkled with water.
  • the fine fraction is largely reduced in the first part of the cooler that is still bricked up. As a result, the very fine fraction can also be processed without additional effort and without disadvantages for the process.
  • a preferred embodiment is that the finest fraction of the iron oxide-containing material is fed into the transfer chute between the discharge end of the rotary kiln and the discharge end of the indirect cooler.
  • the very fine fraction can also be blown into the discharge end of the rotary kiln. It is then largely carried away by the furnace atmosphere, discharged from the furnace and goes into the cooler or hot goods bunker.
  • One embodiment is that the fine fraction is mixed with oil before use in the cooler. This can increase the carbon content in the sponge iron.
  • the rotary kiln has a length of 80 m and an inner diameter of 4.8 m.
  • Each air nozzle system consists of ring-shaped air nozzles that penetrate the furnace wall and lining, but do not protrude into the interior of the rotary kiln.
  • the air injection tubes radially penetrate the furnace wall and lining. Their outlet openings lie approximately in the center axis of the furnace and are arranged in the direction of flow of the gas atmosphere.
  • the rotary kiln is operated in counterflow between the direction of flow of the feed and the gas atmosphere.
  • the iron ore has an Fe content of 67.0% and a moisture content of 1.0%.
  • the ore is first broken down to a grain size of less than 20 mm and then screened with a screen cut of 1.0 and a screen cut of 5.0 mm.
  • the coarse fraction with a grain size above 5.0 mm is charged in an amount of 30.5 t / h into the loading end of the rotary kiln.
  • the fine fraction with a grain size of 1.0 to 5.0 mm is blown in an amount of 3.0 t / h with carrier air through the blowing device for the fine ore into the discharge end of the rotary kiln and to 20% of the furnace length, calculated from the discharge end , distributed on the feed.
  • the fine fraction with a grain size of less than 1.0 mm is mixed in an amount of 0.4 t / h with 0.1 t / h of oil and placed in the transfer chute between the discharge end of the rotary kiln and the discharge end of the indirect cooler .
  • the coal used as a reducing agent has the following composition: carbon 51.0% volatiles 25.0% ash 24.0% sulfur 0.6% humidity 10% Grit 0 to 15 mm
  • the sponge iron discharged from the cooler is obtained in an amount of 17.34 t / h with a grain size of more than 3 mm and in an amount of 5.80 t / h in a grain size of less than 3 mm.
  • the metallization is 92 to 93% and the carbon content is 0.5%.
  • the advantages of the invention are that the manufacturing costs for the sponge iron are reduced by the amount that would otherwise be lost with the portion with fine grain size that cannot be used in the rotary kiln without impairing the operation of the rotary kiln.
  • the throughput of the rotary kiln is even increased because the other operating conditions do not change.
  • the specific Investment costs are reduced.
  • the proportion of fine material blown in absorbs less sulfur, since a large part of the sulfur brought in by the coal has already been driven off or set when the fine material hits the feed.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Direktreduktion von eisenoxidhaltigen Materialien mittels fester kohlenstoffhaltiger Reduktionsmittel zu Eisenschwamm im Drehrohrofen, wobei grobkörniges eisenoxidhaltiges Material in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert wird und feinkörniges eisenoxidhaltiges Material in die Reduktionszone eingeblasen wird.
  • Bei der Direktreduktion von Stückerzen oder Pellets im Drehrohrofen zu Eisenschwamm unterhalb des Erweichungspunktes der Beschickung unter Verwendung von festen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmitteln wird vor dem Einsatz in den Drehrohrofen meistens eine Absiebung der feinen Körnung unter etwa 5 mm vorgenommen. Diese Absiebung des feinen Kornanteiles ist deshalb notwendig, weil der Feinanteil auf dem Wege durch den Drehrohrofen schneller aufgeheizt und reduziert wird als das grobstückige Material und daher leicht zur Überhitzung bzw. zur Reoxidation neigt. Dies führt dann, insbesondere in Verbindung mit der Kohlen-Asche, zur Erweichung der Beschickung und zur Ansatzbildung. Bei der Verarbeitung von Stückerzen wird oft ein vorgebrochenes Material, z.B. mit einer Korngröße von 60 bis 100 mm, angeliefert, das dann auf die vorgesehene obere Korngröße von etwa 15 bis 25 mm zerkleinert wird. Der hierbei anfallende Feinanteil unter 5 mm kann bis zu etwa 25 % des Ausgangsmaterials betragen. Dieser Feinanteil kann nur unter Preisabschlägen verkauft werden oder muß deponiert werden und belastet so die Herstellungskosten für den Eisenschwamm.
  • Aus der GB-PS 1 098 157 ist ein Verfahren zur Direktreduktion feinkörniger Eisenerze bekannt, bei dem evtl. vorhandene Anteile mit einer Korngröße über 5 mm oder über 2 mm abgesiebt werden und in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert werden, während das feinkörnige Erz vom Austragsende des Drehrohrofens eingeblasen und mindestens auf einer Länge von 4 m auf der Beschickung verteilt wird. Bevorzugt wird aus dem feinkörnigen Erz der Feinstanteil mit einer Korngröße unter 0,06 mm abgesiebt, pelletiert oder brikettiert und dann in das Beschickungsende chargiert. Wenn nur geringe Anteile mit einer Korngröße über 5 mm oder 2 mm vorliegen, wird das gesamte Erz eingeblasen. Auch der stückig gemachte Feinstanteil kann eingeblasen werden. Eine Anwendung dieses Verfahrens auf den Feinanteil von stückigen Erzen führt jedoch nicht zu befriedigenden Betriebsergebnissen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Verarbeitung von stückigen, eisenoxidhaltigen Materialien den Feinanteil möglichst wirtschaftlich ohne Nachteil für das Verfahren zu verwerten.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß das stückige eisenoxidhaltige Material vor der Aufgabe in den Drehrohrofen bei einem Siebschnitt von 3 bis 6 mm und einem Siebschnitt von 0,8 bis 1,5 mm in eine grobe Fraktion, eine feine Fraktion und eine Feinst-Fraktion getrennt wird, die grobe Fraktion in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert wird, und die feine Fraktion vom Austragsende des Drehrohrofens in die Reduktionszone eingeblasen und auf der Beschickung verteilt wird. Der Ausdruck "stückiges eisenoxidhaltiges Material" umfaßt sowohl stückiges Eisenerz als auch pelletiertes Eisenerz oder andere Eisenoxid enthaltende Stoffe wie z.B. Stäube aus der Stahlherstellung. Bei einem aus Pellets bestehenden Einsatzmaterial besteht die feine Fraktion aus Pellet-Bruch und Abrieb. Unter dem Ausdruck "Siebschnitt" ist eine Absiebung bei konstanter Sieböffnung in dem angegebenen Bereich zu verstehen. Das Einblasen der feinen Fraktion in das Austragsende des Drehrohrofens erfolgt mit einem gasförmigen Trägermedium, vorzugsweise Luft. Dabei werden gröbere Partikel weiter in den Ofen geschleudert als feinere Partikel. Die Menge und die Verteilung der feinen Fraktion des Materials werden so eingestellt, daß das Material bis zum Austrag aufgeheizt und weitgehend reduziert wird. Das Einblasen kann mittels einer oder mehrerer Einblasvorrichtungen erfolgen. Die Einblasweite kann durch Veränderung des Einblaswinkels der Einblasvorrichtung und/oder Veränderung der Einblasgeschwindigkeit eingestellt und geregelt werden. Die feine Fraktion kann separat oder zusammen mit festem Reduktionsmittel eingeblasen werden. Der Drehrohrofen kann sowohl im Gegenstrom als auch im Gleichstrom zwischen Strömungsrichtung der Beschickung und Gasatmosphäre im Ofen betrieben werden. Beim Gegenstromverfahren wird die feine Fraktion in Strömungsrichtung der Gasatmosphäre eingeblasen und beim Gleichstromverfahren gegen die Strömungsrichtung der Gasatmosphäre. Die Reduktionszone des Drehrohrofens ist die Zone, in der eine Reduktion zu metallischem Eisen erfolgt.
  • Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die feine Fraktion des eisenoxidhaltigen Materials bis zu 40 % der Ofenlänge, gerechnet vom Austragsende des Drehrohrofens, vorzugsweise 15 bis 20 % der Ofenlänge, eingeblasen wird. Bei dieser Einblaslänge wird eine sehr gute und schnelle Reduktion des eingeblasenen Materials ohne Störung des Ofenbetriebes erzielt.
  • Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die feine Fraktion des eisenoxidhaltigen Materials ohne Zusatz von festem kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel in den Drehrohrofen eingeblasen wird. Die separate Einblasung der feinen Fraktion ermöglicht eine besonders gute und gleichmäßige Verteilung auf der Beschickung.
  • Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die feine eisenoxidhaltige Fraktion im oberen Quadranten des Ofenquerschnittes auf die von der Wand des Ofens ablaufende Beschickung verteilt wird. Wenn der Drehrohrofen nach links gedreht wird, wird die feine Fraktion in den oberen, rechten Quadranten des Ofenquerschnittes auf die Beschickung verteilt. Dadurch wird eine längere Verweilzeit des eingeblasenen Materials auf der Oberfläche des abrollenden Beschickungsbettes erzielt, ehe das Material in das Bett eingezogen wird. Das Material hat deshalb eine längere Verweilzeit zur Aufheizung auf der Oberfläche der Beschickung zur Verfügung.
  • Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Feinst-Fraktion des eisenoxidhaltigen Materials zusammen mit dem aus dem Drehrohrofen ausgetragenen reduzierten Material in den indirekten Kühler chargiert wird. Das aus dem Ofen ausgetragene, reduzierte Material wird unter Luftabschluß in den indirekten Kühler chargiert. Der Kühler steht mit der reduzierenden Gasatmosphäre am Austragsende des Drehrohrofens in Verbindung, so daß die Kühlung unter reduzierenden Bedingungen erfolgt. Der Kühler wird auf seiner Außenseite mit Wasser berieselt. Die Feinst-Fraktion wird im ersten, noch ausgemauerten Teil des Kühlers noch weitgehend reduziert. Dadurch kann auch die Feinst-Fraktion ohne zusätzlichen Aufwand und ohne Nachteile für das Verfahren weiterverarbeitet werden.
  • Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Feinst-Fraktion des eisenoxidhaltigen Materials in die Transfer-Schurre zwischen Austragsende des Drehrohrofens und Eintragsende des indirekten Kühlers aufgegeben wird. Dadurch wird eine besonders gute Vermischung in einfacher Weise erzielt, die Feinst-Fraktion bereits in der Transfer-Schurre aufgeheizt und dementsprechend eine sehr gute Reduktion der Feinst-Fraktion im Kühler erzielt.
  • Bei einem im Gleichstrom betriebenen Drehrohrofen kann die Feinst-Fraktion auch in das Austragsende des Drehrohrofens eingeblasen werden. Sie wird dann weitgehend von der Ofenatmosphäre mitgerissen, aus dem Ofen ausgetragen und gelangt in den Kühler oder Heißgutbunker.
  • Eine Ausgestaltung besteht darin, daß die Feinst-Fraktion vor dem Einsatz in den Kühler mit Öl vermischt wird. Dadurch kann der Kohlenstoffgehalt im Eisenschwamm angehoben werden.
  • Die Erfindung wird anhand eines Beispieles näher beschrieben.
  • Der Drehrohrofen hat eine Länge von 80 m und einen Innendurchmesser von 4,8 m. Auf der Länge des Drehrohrofens sind, vom Beschickungsende gesehen, zunächst 3 Luftdüsensysteme und dann 8 Lufteinblasrohre verteilt angeordnet. Jedes Luftdüsensystem besteht aus ringförmig angeordneten Luftdüsen, welche die Ofenwand und Ofenauskleidung durchdringen, jedoch nicht in das Innere des Drehrohrofens hineinragen. Die Lufteinblasrohre durchdringen radial Ofenwand und Auskleidung. Ihre Austrittsöffnungen liegen etwa in der Ofenmittelachse und sind in der Strömungsrichtung der Gasatmosphäre angeordnet. Am Austragsende des Drehrohrofens sind eine Einblasvorrichtung für Kohle, eine Einblasvorrichtung für die feine Erzfraktion sowie ein Zentralbrenner angeordnet. Der Zentralbrenner wird nur zum Aufheizen des Drehrohrofens benötigt. Der Drehrohrofen wird im Gegenstrom zwischen Strömungsrichtung der Beschickung und der Gasatmosphäre betrieben.
  • Das Eisenerz hat einen Fe-Gehalt von 67,0 % und eine Feuchtigkeit von 1,0 %. Das Erz wird zunächst auf eine Korngröße unter 20 mm gebrochen und dann bei einem Siebschnitt von 1,0 und bei einem Siebschnitt von 5,0 mm abgesiebt. Die grobe Fraktion mit einer Korngröße über 5,0 mm wird in einer Menge von 30,5 t/h in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert. Die feine Fraktion mit einer Korngröße von 1,0 bis 5,0 mm wird in einer Menge von 3,0 t/h mit Trägerluft durch die Einblasvorrichtung für das Feinerz in das Austragsende des Drehrohrofens eingeblasen und auf 20 % der Ofenlänge, gerechnet vom Austragsende, auf der Beschickung verteilt. Die Feinst-Fraktion mit einer Korngröße unter 1,0 mm wird in einer Menge von 0,4 t/h mit 0,1 t/h Öl vermischt und in die Transfer-Schurre zwischen dem Austragsende des Drehrohrofens und dem Eintragsende des indirekten Kühlers aufgegeben.
  • Die als Reduktionsmittel verwendete Kohle hat folgende Zusammensetzung:
    Kohlenstoff 51,0 %
    flüchtige Bestandteile 25,0 %
    Asche 24,0 %
    Schwefel 0,6 %
    Feuchtigkeit 10 %
    Körnung 0 bis 15 mm
  • 12,5 t/h Kohle werden in das Eintragsende des Drehrohrofens chargiert und 7,8 t/h werden mit Trägerluft durch die Einblasvorrichtung für die Kohle in das Austragsende des Drehrohrofens eingeblasen.
  • Der aus dem Kühler ausgetragene Eisenschwamm fällt in einer Menge von 17,34 t/h mit einer Korngröße über 3 mm und in einer Menge von 5,80 t/h in einer Korngröße unter 3 mm an. Die Metallisierung beträgt 92 bis 93 % und der Gehalt an Kohlenstoff beträgt 0,5 %.
  • Wenn die Feinst-Fraktion zusammen mit der feinen Fraktion in den Drehrohrofen eingeblasen wird, treten Betriebsstörungen durch starke Ansatzbildung auf.
  • Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die Herstellungskosten für den Eisenschwamm um den Betrag gesenkt werden, der sonst mit dem nicht in den Drehrohrofen einsetzbaren Anteil mit feiner Korngröße verloren geht, ohne daß eine Beeinträchtigung des Betriebes des Drehrohrofens erfolgt. Die Durchsatzleistung des Drehrohrofens wird sogar erhöht, da sich die sonstigen Betriebsbedingungen nicht ändern. Die spezifischen Investitionskosten werden gesenkt. Der eingeblasene Anteil an feinem Material nimmt weniger Schwefel auf, da ein großer Teil des von der Kohle eingebrachten Schwefels bereits ausgetrieben oder abgebunden ist, wenn das feine Material auf die Beschickung auftrifft.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Direktreduktion von stückigen eisenoxidhaltigen Materialien mittels fester kohlenstoffhaltiger Reduktionsmittel zu Eisenschwamm im Drehrohrofen, wobei grobkörniges eisenoxidhaltiges Material in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert wird und feinkörniges eisenoxidhaltiges Material in die Reduktionszone eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das stückige eisenoxidhaltige Material vor der Aufgabe in den Drehrohrofen bei einem Siebschnitt von 3 bis 6 mm und einem Siebschnitt von 0,8 bis 1,5 mm in eine grobe Fraktion, eine feine Fraktion und eine Feinst-Fraktion getrennt wird, die grobe Fraktion in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert wird, und die feine Fraktion vom Austragsende des Drehrohrofens in die Reduktionszone eingeblasen und auf der Beschickung verteilt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feine Fraktion des eisenoxidhaltigen Materials bis zu 40 % der Ofenlänge, gerechnet vom Austragsende des Drehrohrofens, vorzugsweise 15 bis 20 % der Ofenlänge, eingeblasen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feine Fraktion des eisenoxidhaltigen Materials ohne Zusatz von festem kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel in den Drehrohrofen eingeblasen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feine eisenoxidhaltige Fraktion im oberen Quadranten des Ofenquerschnittes auf die von der Wand des Ofens ablaufende Beschickung verteilt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinst-Fraktion des eisenoxidhaltigen Materials zusammen mit dem aus dem Drehrohrofen ausgetragenen reduzierten Material in den indirekten Kühler chargiert wird
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinst-Fraktion des eisenoxidhaltigen Materials in die Transfer-Schurre zwischen Austragsende des Drehrohrofens und Eintragsende des indirekten Kühlers aufgegeben wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinst-Fraktion vor dem Einsatz in den Kühler mit Öl vermischt wird.
EP88202755A 1987-12-18 1988-12-01 Verfahren zur Direktreduktion von eisenoxidhaltigen Materialien im Drehrohrofen Expired - Lifetime EP0321018B1 (de)

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