EP0653496B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Wertstoffgewinnung - Google Patents

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EP0653496B1
EP0653496B1 EP94250266A EP94250266A EP0653496B1 EP 0653496 B1 EP0653496 B1 EP 0653496B1 EP 94250266 A EP94250266 A EP 94250266A EP 94250266 A EP94250266 A EP 94250266A EP 0653496 B1 EP0653496 B1 EP 0653496B1
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reduction
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    • C22B5/02—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • C22B5/10—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by solid carbonaceous reducing agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
    • C21C5/5252—Manufacture of steel in electric furnaces in an electrically heated multi-chamber furnace, a combination of electric furnaces or an electric furnace arranged for associated working with a non electric furnace
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/56—Manufacture of steel by other methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/08—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces heated electrically, with or without any other source of heat
    • F27B3/085—Arc furnaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories, or equipment peculiar to hearth-type furnaces
    • F27B3/20—Arrangements of heating devices
    • F27B3/205—Burners

Definitions

  • the invention relates to a method for extracting valuable materials Oxygen-bound metals through reduction in metallurgical Vessels and a melting furnace with the vessel in two parts separating partition protruding from the furnace ceiling into the vessel, with a device for supplying thermal energy, material supply and Melt removal devices and a connection to a Gas cleaning system.
  • the invention has set itself the goal of specifying a method and the melting furnace system required for this to obtain valuable materials from oxygen-bound metals, by means of which the output is increased with a simultaneous reduction in the reduction time.
  • the invention solves the problem with the characterizing features of method claim 1 and device claim 5.
  • a first furnace part of the metallurgical vessel is equipped with a partition wall which dips into the slag and which separates a part of the furnace chamber. The oxidic melt penetrates under the partition into the separated part of the hearth and assumes the same level there.
  • the second part of the furnace is designed as a shaft and filled with coke, so high that the weight of the coke column becomes so great that the buoyancy of the oxidic bath is overcome and the coke is immersed over the entire height of the slag bath floating on the molten metal.
  • electrodes protruding sideways into the reducing agent shaft are provided, which are connected to an energy supply device.
  • an electrical voltage is applied to the electrodes, a current flows from electrode to electrode through the electrical resistance of the reducing agent, which current generates the Joule heat required for the reduction process.
  • the gas generated during the reduction roams the coke layers of the shaft against the direction of the coke. Possibly.
  • Carbon dioxide produced during the course of the process is reduced by the reducing agent, so that a high-quality fuel gas is obtained in total above the coke bed.
  • the gas generated in the first furnace part is passed through the partition into the reducing agent shaft. In the reducing agent shaft, this carbon dioxide is reduced to valuable gas by the reducing agent.
  • Another advantage is that the dust load of the exhaust gas from the first furnace part is deposited in the coke structure and is returned to the process. This relieves the pressure on the gas cleaning system and increases the amount of valuable gas.
  • FIG. 1 shows a side view
  • FIG. 2 shows a plan view
  • the figures show a first furnace part 11 and a second furnace part 12, which are connected to one another by a common vessel bottom 15 are.
  • the furnace part 11 is closed off by a furnace roof 13 the electrodes 51 to 53 and feed 33 for the supply of solid Möller are provided.
  • a feed 32 provided for liquid grinder, which is operated by a pan 35 can be.
  • a partition 21 is provided between the furnace part 11 and the shaft-shaped furnace part 12.
  • This partition wall 21 has a length which allows such a large distance between the mouth 22 and the bottom of the vessel that the partition wall does not come into contact with liquid metal during operation.
  • An opening 23 is provided in the partition 21, through which gas can get into the furnace part 12 from the furnace part 11.
  • the part of the partition wall 21 which dips into the slag during operation is constructed from cooling elements 24 through which a coolant can be passed.
  • a tapping 17 for slag S and a tapping 16 for liquid metal M are provided in the side wall 19 of the furnace part 12. The tapping 16 is arranged at the same height as the vessel bottom 15 falling at an angle of inclination.
  • the head end of the shaft-shaped furnace part 12 is lid-like fed and has in its center a feed 31 for the Reducing agent R on. Have the feed 31 as well as the feed 33 Locks 34, which prevent the gas from escaping from the furnace. In the area of the head end 14 of the furnace part 12 there is a connection 41 gas cleaning 42 is provided.
  • the total shaft of the furnace section 12 has a shaft height H that is significantly higher than the column height h of the reducing agent R.
  • FIG. 2 shows the position of the electrodes 54, 55 (not shown in FIG. 1) that protrude into the reducing agent R to above the slag level and are connected to an energy device 56 for direct current.
  • the electrodes 51 to 53 are connected to an energy device 57 for alternating current. Energy devices for other media for supplying heat are also possible for operating the furnace system.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wertstoffgewinnung sauerstoffgebundener Metalle durch Reduktion in metallurgischen Gefäßen und eine Schmelzofenanlage mit einer das Gefäß in zwei Teile trennende von der Ofendecke in das Gefäß hineinragenden Trennwand, mit einer Einrichtung zur Zuführung von Wärmeenergie, Materialzufuhr- und Schmelzabfuhrvorrichtungen sowie einen Anschluß an eine Gasreinigungsanlage.
Bei metallurgischen Prozessen zur Gewinnung von sauerstoffgebundenen Wertmetallen, wie beispielsweise Blei oder Kupfer, durch Reduktion, wird das für den Reduktionsprozeß erforderliche Reduktionsmittel regelmäßig durch Schüttung auf das schmelzflüssige Bad gegeben. Als Folge des großen Unterschiedes im spezifischen Gewicht zwischen dem Reduktionsmittel, in den meisten Fällen Koks, und der metallurgischen Schmelze, die einer Schlackenschmelze gleichzusetzen ist, kann das Reduktionsmittel in Form von Koks nur als Schicht auf der Schmelze schwimmen. Dies bedingt einen nur wenig effektiven Kontakt der Reduktanten mit dem großen zu reduzierenden Volumen des metallurgischen, oxydischen Bades. Die Folgen dieses schlechten Kontaktes sind sehr lange (bis zu Tagen) Verweil- und Reduktionszeiten mit erheblichem Aufwand an Warmhalteenergie.
Weiterhin ist aus der DE OS 25 09 061 ein Verfahren bekannt, bei dem metalloxydhaltiges Material in einem glühenden Koksbett reduziert wird, das als horizontaler Ring geformt ist und auf elektrischem Wege erwärmt wird. Bei diesem Verfahren, das im wesentlichen zur Gewinnung einer kohlenstoffhaltigen Metallschmelze aus metalloxydhaltigem Material dient, wird das erschmolzene Metall daran gehindert, eine zusammenhängende Schmelzenschicht unter dem Koksbett zu bilden.
Als Nachteile dieses Verfahrens sind neben der schwierigen Steuerung der Verhinderung des Bildens einer zusammenhängenden Schmelzenschicht unter dem Koksbett der Einsatz eines Ringofens mit der Fülle seiner beweglichen und verschleißanfälligen Einzelteile.
Aus der Schrift DE 36 14 048 A1 ist eine Anlage mit einem mit flüssigem Metall gefüllten Reaktor bekannt, bei dem im mittleren Bereich des Reaktors eine Trennwand angeordnet ist, die am Boden des Reaktors wenigstens eine Durchlaßöffnung für das flüssige Metall aufweist. Diese Anlage dient der Vergasung minderwertige Brennstoffe in einem feuerflüssigen Metallschmelzbad, insbesondre einem Eisenschmelzbad, und ist zur Reduktion einer oxydischen, metallurgischen Wertschmelze nicht geeignet. Hierbei werden minderwertige Brennstoffe, u.a. Altöl, Hausmüll, Sperrmüll, Abfallstoffe, Autoreifen u. ä., in die Metallschmelze eingeführt. Der im minderwertigen Brennstoff enthaltene Kohlenstoff sowie auch der Schwefel gehen im Eisenbad in Lösung. Die nicht vergasbaren bzw. nicht löslichen Bestandteile der minderwertigen Brennstoffe werden verschlackt und sofort über das Abzugsorgan aus der Reaktorkammer abgezogen. Ein inniger Kontakt zwischen einem Reduktionsmittel und der Schlackenschmelze liegt hier nicht vor.
Aus der US 4168156 ist ein Elektroofen bekannt, bei dem der Schmelzraum durch eine in die Schmelze eintauchende Wand unterteilt wird in eine Schmelzzone und eine Reaktionszone. In dieser Reaktionszone wird die Schlacke innig mit einem zugeführten Reduktionsmittel in Kontakt gebracht. Zur Aufrechterhaltung der Temperatur sind in beiden Zonen durch die Ofendecke geführte Elektroden vorgesehen.
Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, ein Verfahren und die dazu erforderliche Schmelzofenanlage zur Wertstoffgewinnung sauerstoffgebundener Metalle anzugeben, mit denen die Ausbringung erhöht wird bei gleichzeitiger Verkürzung der Reduktionszeit.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Verfahrensanspruchs 1 und des Vorrichtungsanspruchs 5.
Erfindungsgemäß wird ein erster Ofenteil des metallurgischen Gefäßes mit einer in die Schlacke eintauchenden Trennwand ausgerüstet, die einen Teil des Herdraumes abtrennt. Die oxydische Schmelze drängt unter der Trennwand durch in abgetrennten Teil des Herdes und nimmt dort das gleiche Höhenniveau an.
Der zweite Ofenteil ist als Schacht ausgebildet und mit Koks verfüllt, und zwar so hoch, daß das Kokssäulengewicht so groß wird, daß die Auftriebkraft des oxydischen Bades überwunden wird und der Koks über die gesamte Höhe des auf der Metallschmelze aufschwimmenden Schlackebades eintaucht. Damit entsteht ein inniger effektiver Kontakt zwischen Reduktionsmittel und dem in der Schmelze befindlichen
Metallwertstoffoxyden. Hierdurch wird die Reduktion eingeleitet und das ausreduzierte Metall wird sich unterhalb der Wertschlacke ansammeln.
Durch kontinuierliches Abfließenlassen des gewonnenen Metalls und diskontinuierliches Abstechen von abgereicherter oder ausreduzierter Schlacke im Erdbereich des Reduktionsmittelschachtes entsteht ein kontinuierlicher Fluß von oxydischer Wertschlacke zum Reduktionsbereich des Herdes unter dem Koks/Reduktionsschacht.
Zur Aufbringung des für den Reduktionsvorgang erforderlichen Energie werden seitwärts in den Reduktionsmittelschacht hineinragende Elektroden vorgesehen, die an eine Energiezufuhreinrichtung angeschlossen sind. Beaufschlagung der Elektroden mit einer elektrischen Spannung fließt durch den elektrischen Widerstand des Reduktionsmittels ein Strom von Elektrode zu Elektrode, der die für den Reduktionsprozeß erforderliche joul'sche Wärme erzeugt.
Das bei der Reduktion entstehende Gas durchstreift die Koksschichten des Schachtes entgegen der Förderrichtung des Koks. Evtl. beim Prozeßverlauf entstehendes Kohlendioxyd wird durch das Reduktionsmittel reduziert, so daß in Summe oberhalb der Koksschüttung ein hochwertiges Brenngas gewonnen wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgesehen, das im ersten Ofenteil entstehende Gas durch die Trennwand in den Reduktionsmittelschacht zu leiten. Im Reduktionsmittelschacht wird dieses Kohlendioxyd durch das Reduktionsmittel zu Wertgas reduziert.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Staublast des Abgases aus dem ersten Ofenteil im Koksgerüst sich niederschlägt und in den Prozeß zurückgeführt wird. Hierdurch wird das Gasreinigungssystem entlastet und die Wertgasmenge vergrößert.
Ein Beispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargelegt. Hierbei zeigen die Figur 1 eine Seitenansicht, Figur 2 eine Draufsicht.
Die Figuren zeigen einen ersten Ofenteil 11 und einen zweiten Ofenteil 12, die durch einen gemeinsamen Gefäßboden 15 miteinander verbunden sind. Der Ofenteil 11 ist durch eine Ofendecke 13 abgeschlossen, durch die Elektroden 51 bis 53 und Zuführung 33 zur Zufuhr von festem Möller vorgesehen sind. In der Seitenwand 18 des Ofenteils 11 ist eine Zufuhr 32 für flüssigen Möller vorgesehen, der durch eine Pfanne 35 bedient werden kann.
Zwischen dem Ofenteil 11 und dem schachtförmig ausgeführten Ofenteil 12 ist eine Trennwand 21 vorgesehen. Diese Trennwand 21 besitzt eine Länge, die einen so weiten Abstand der Mündung 22 zum Gefäßboden zuläßt, daß die Trennwand während des Betriebes nicht mit Flüssigmetall in Kontakt kommt.
In der Trennwand 21 ist eine Öffnung 23 vorgesehen, durch die Gas von im Ofenteil 11 in den Ofenteil 12 gelangen kann.
Der Teil der Trennwand 21, der während des Betriebes in die Schlacke eintaucht, ist aus Kühlelementen 24 aufgebaut, durch die ein Kühlmittel führbar ist.
In der Seitenwand 19 des Ofenteils 12 sind ein Abstich 17 für Schlacke S und ein Abstich 16 für Flüssigmetall M vorgesehen. Der Abstich 16 ist auf gleicher Höhe wie der unter einem Neigungswinkel abfallenden Gefäßboden 15 angeordnet.
Das Kopfende des schachtförmigen Ofenteils 12 ist deckelartig eingezogen und weist in seinem Zentrum eine Zufuhr 31 für das Reduktionsmittel R auf. Die Zufuhr 31 wie auch die Zufuhr 33 besitzen Schleusen 34, die ein Ausströmen des Gases aus dem Ofen verhindern. Im Bereich des Kopfendes 14 des Ofenteils 12 ist ein Anschluß 41 an eine Gasreinigung 42 vorgesehen. Der Gesamtschacht des Ofenteils 12 besitzt eine Schachthöhe H, die deutlich höher ist als die Säulenhöhe h des Reduktionsmittels R.
Die Figur 2 zeigt die Lage der in das Reduktionsmittel R bis oberhalb des Schlackepegels hineinragenden Elektroden 54, 55 (in Figur 1 nicht weiter dargestellt), die an eine Energieeinrichtung 56 für Gleichstrom angeschlossen sind.
Die Elektroden 51 bis 53 sind an eine Energieeinrichtung 57 für Wechselstrom angeschlossen.
Zum Betreiben der Ofenanlage sind auch Energieeinrichtungen für andere Medien zur Wärmezufuhr möglich.
Positionsliste:
10
Schmelzofenanlage
11
Ofenteil 1
12
Ofenteil 2
13
Ofendecke
14
Kopfende
15
Gefäßboden
16
Abstich für Metallschlacke
17
Abstich für Schlacke
18
Seitenwand 11
19
Seitenwand 12
20
Trennung
21
Trennwand
22
Mündung
23
Öffnung
24
Kühlelement
30
Materialzufuhr
31
Zufuhr Reduktionsmittel
32
Zufuhr Möller flüssig
33
Zufuhr Möller fest
34
Materialschleuse
35
Pfanne
40
Gasreinigungsanlage
41
Anschluß
42
Gasreinigung
50
Energiezufuhr
51, 52, 53
Elektrode
54, 55
Elektrode
56
Energieeinrichtung Gleichstrom
57
Energieeinrichtung Wechselstrom
H
Schachthöhe
L
Länge Trennwand
M
Flüssigmetall
S
Schlacke
R
Reduktionsmittel
h
Säulenhöhe
α
Neigungswinkel

Claims (8)

  1. Verfahren zur Wertstoffgewinnung durch Reduktion sauerstoffgebundener Metalle in metallurgischen Gefäßen, wobei eine feste oder flüssige Beschickung in einer ersten Reaktionszone (11) soweit mit Wärmeenergie beaufschlagt wird, bis sich bei fester Beschickung ein Schmelzbad bildet oder bei flüssiger Beschickung ein Schmelzbad aufrechterhalten wird, bei dem flüssige Schlacke (S) auf einem Metallschmelzbad (M) schwimmt, wobei ferner das Schmelzbad einer zweiten Reaktionszone (12) zugeführt wird, bei der die Schlacke innig mit einem Reduktionsmittel (R) in Kontakt kommt, wobei das Reduktionsmittel säulenförmig aufgehäuft ist und die Säulenhöhe (h) so gewählt wird, daß sein Gewicht die Auftriebskraft des oxydischen Schlackebades überwindet und der Schmelze in der Reduktionszone zusätzlich eine ein Einfrieren verhindernde Wärmeenergie mittels schräg in das Reduktionsmittel hineinragender Elektroden (54,55) zugeführt wird.
  2. Verfahren nach 1.
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Metallschmelzbad kontinuierlich und die Schlacke nach der Reduktionsarbeit diskontinuierlich abgestochen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das in der ersten Reaktionszone vorhandene Rauchgas durch das Reduktionsmittel geführt und anschließend zusammen mit den Stickoxyden der zweiten Reaktionszone nach Abgabe seiner fühlbaren Wärme gereinigt wird.
  4. Schmelzofenanlage mit einer das Ofengefäß in zwei Teile trennende von der Ofendecke in das Gefäß hineinragenden Trennwand, mit einer Einrichtung zur Zuführung von Wärmeenergie, mit Materialzufuhr- und Schmelzenabfuhrvorrichtungen sowie einem Anschluß an eine Gasreinigungsanlage, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Trennwand (21) von der Ofendecke (13) des ersten Ofenteils (11) eine Länge (L) aufweist, bei der die Trennwandmündung (22) in die während des Schmelzbetriebes sich befindende Schlacke (S) bis nahe oberhalb des Flüssigmetallpegels (M) hineinragt, daß die Trennwand (21) im Bereich der Ofendecke (13) eine Öffnung (23) vom ersten zum zweiten Ofenteil (11, 12) aufweist, daß der zweite Ofenteil (12) schachtförmig ausgebildet ist mit einer Schachthöhe (H), die über die Säulenhöhe (h) des Reduktionsmittels hinausragt und dessen Kopfende (14) mit einem Anschluß (41) zur Verbindung mit der Gasreinigung (42) Verfahren ist, und
    daß seitwärts in das zweite Ofengefäßteil (12) im Bereich oberhalb der Schmelze Elektroden (54, 55) ragen, die an einer Energiezufuhreinrichtung (56) angeschlossen sind.
  5. Schmelzofenanlage nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Trennwand (21) im Bereich der Decke (13) Öffnungen (23) in einer Größe aufweist, durch die Gas strömen kann, ohne daß Reduktionsmittel (R) in den ersten Ofenteil (11) gelangt.
  6. Schmelzofenanlage nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Bereich der Trennwand (21) der während des Schmelzbetriebes in die Schlacke (S) eintaucht, mit flüssigen Medien zu kühlende Elemente (24) aufweist.
  7. Schmelzofenanlage nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß am Kopfende (14) oberhalb des Gasabzuges (41) des zweiten Ofengefäßes (12) eine mit einer Schleuse (34) versehene Zufuhr (31) für das Reduktionsmittel-(R) vorgesehen ist.
  8. Schmelzofenanlage nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der gemeinsame Boden (15) des ersten und zweiten Ofengefäßteils (11,12) zum Abstich (16) hin unter einem Neigungswinkel α von 1 bis 70° abfällt.
EP94250266A 1993-11-15 1994-11-01 Verfahren und Vorrichtung zur Wertstoffgewinnung Expired - Lifetime EP0653496B1 (de)

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EP0653496A1 EP0653496A1 (de) 1995-05-17
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