EP0882142A1 - Verfahren zur herstellung von flüssigem roheisen oder stahlvorprodukten aus eisenhältigem material - Google Patents

Verfahren zur herstellung von flüssigem roheisen oder stahlvorprodukten aus eisenhältigem material

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EP0882142A1
EP0882142A1 EP97911045A EP97911045A EP0882142A1 EP 0882142 A1 EP0882142 A1 EP 0882142A1 EP 97911045 A EP97911045 A EP 97911045A EP 97911045 A EP97911045 A EP 97911045A EP 0882142 A1 EP0882142 A1 EP 0882142A1
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EP
European Patent Office
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fluidized bed
iron
oxygen
fine
reduced material
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EP97911045A
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English (en)
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EP0882142B1 (de
Inventor
Michael Nagl
Johannes-Leopold Schenk
Leopold Werner Kepplinger
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Primetals Technologies Austria GmbH
Posco Co Ltd
Research Institute of Industrial Science and Technology RIST
Original Assignee
Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
Research Institute of Industrial Science and Technology RIST
Pohang Iron and Steel Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH, Research Institute of Industrial Science and Technology RIST, Pohang Iron and Steel Co Ltd filed Critical Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
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Publication of EP0882142B1 publication Critical patent/EP0882142B1/de
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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
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0006—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state
    • C21B13/0013—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state introduction of iron oxide into a bath of molten iron containing a carbon reductant
    • C21B13/002—Reduction of iron ores by passing through a heated column of carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/40—Gas purification of exhaust gases to be recirculated or used in other metallurgical processes
    • C21B2100/44—Removing particles, e.g. by scrubbing, dedusting

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of molten pig iron or steel precursors from fine-particulate ferrous material, in particular reduced sponge iron, in a melter gasifier in which the ferrous material is melted in a bed formed from solid carbon carriers with the addition of carbon-containing material and oxygen with simultaneous formation of a reducing gas is, if necessary after a previous finished reduction, the fine particulate reduced material and oxygen being introduced laterally into the bed, and a plant for carrying out the method.
  • EP-B-0 010 627 discloses a process for the production of molten pig iron or intermediate steel products from particulate, iron-containing material, in particular pre-reduced sponge iron, and for the generation of reducing gas in a melter gasifier, in which by adding coal and by blowing in oxygen-containing gas Gas a fluidized bed is formed from coke particles. The oxygen-containing gas or pure oxygen is blown in at the bottom of the melter.
  • the particulate iron-containing material, in particular pre-reduced iron sponge, and the lumpy coal are fed from above through charging openings in the hood of the melter gasifier, the falling particles are decelerated in the fluidized bed and the iron-containing particles are reduced and melted while falling through the coke fluid bed.
  • the molten metal covered with slag collects at the bottom of the melter. Metal and slag are removed through separate tap holes.
  • a method of this type is not suitable for processing fine-particle sponge iron, since fine-particle iron sponge would be discharged from the melter gasifier immediately as a result of the strong upward gas flow.
  • Such discharge of the finely divided metal carriers is further promoted by the temperature in the upper region of the melter gasifier, that is to say in the region above the meltdown gasification zone, since this is too low to melt, ie agglomerate, the fine particles at the point of introduction into larger particles which could sink into the meltdown gasification zone despite the upward flowing gas.
  • EP-A-0 217 331 it is known to directly pre-reduce fine ore in a fluidized bed process and to pass the pre-reduced fine ore into a melter gasifier and to reduce and melt it by means of a plasma torch while supplying a carbon-containing reducing agent.
  • a fluidized bed is formed in the melter gasifier and a fluidized bed of coke is formed above it.
  • the pre-reduced fine ore or the sponge iron powder is fed to a plasma torch provided in the lower section of the melting gasifier.
  • the disadvantage here is that by feeding in the pre-reduced fine ore directly in the lower smelting area, ie in the area of the melt collection, finished reduction is no longer ensured and the chemical composition required for further processing of the pig iron can in no case be achieved.
  • the introduction of large quantities of pre-reduced fine ore is not possible because of the fluidized bed or fixed bed formed from coal in the lower region of the melting gasifier, since sufficient removal of the melt products from the high-temperature zone of the plasma torch is not possible.
  • the introduction of larger quantities of pre-reduced fine ore would immediately lead to thermal and mechanical failure of the plasma torch.
  • a baffle plate is provided to minimize the speed of the fine grain fraction, so that the exit speed of the fine grain fraction from the downpipe is very low.
  • the temperature prevailing in the melter gasifier is very low, as a result of which the fine grain fraction supplied cannot immediately melt.
  • This and the low exit velocity from the downpipe mean that a considerable proportion of the fine-grain fraction supplied exits the reducing gas generated in the melter gasifier.
  • the introduction of a larger amount of fine grain or only fine grain is not possible according to this procedure.
  • EP-A-0 594 557 discloses a process of the type described at the outset, in which an iron sponge fine grain fraction is introduced directly into the fluidized bed formed in the melter gasifier by the melter gasification zone by means of a conveying gas.
  • an iron sponge fine grain fraction is introduced directly into the fluidized bed formed in the melter gasifier by the melter gasification zone by means of a conveying gas.
  • This is disadvantageous;
  • the fluidized bed can become clogged, which leads to insufficient gassing and possibly to a gas build-up and consequently to eruptive gas breakthroughs with which the blocked fluidized bed is broken open. This severely interferes with the gasification process for the carbon carriers and also the smelting process for the reduced iron ore.
  • the invention aims to avoid these disadvantages and difficulties and has as its object to provide a method of the type described above and an installation for carrying out the method, in which a processing of fine particulate iron-containing and at least partially reduced material is possible without requiring briquetting and discharge of the supplied fine particles by the reducing gas generated in the melt-down gasification zone is reliably avoided on the one hand and on the other hand the gasification process can run undisturbed by the fine-particle-shaped reduced material introduced. Ie, the melting gasification zone is to be loaded by the fine-particulate iron-containing reduced material be avoided, etc. even if up to 100% fine particulate iron-containing reduced material is introduced into the melter.
  • This object is achieved in that above a fixed bed formed by solid carbon carriers, a fluidized bed of fine particulate solid carbon carriers and fine particulate iron-containing reduced material is maintained and the fine particulate reduced material directly in the fluidized bed in direct contact with oxygen, preferably in the form of an oxygen jet peripheral surrounding, having an annular cross section and enclosing the oxygen, is introduced, and that the fine particulate reduced material is melted in the fluidized bed.
  • oxygen preferably in the form of an oxygen jet peripheral surrounding, having an annular cross section and enclosing the oxygen
  • the fine-particulate reduced material is introduced into the fluidized bed, preferably blown in, by means of a fluidizing gas.
  • oxygen is preferably additionally blown into the fluidized bed in the central region of the same, preferably from above.
  • the fine-particulate reduced material is expediently collected in a container before being introduced into the fluidized bed, forming a fluidized bed, and further into the fluidized bed from the fluidized bed by means of a conveying and / or fluidizing gas promoted.
  • the fluidized bed forms a lock maintaining the pressure difference.
  • a conveying gas for the fine-particulate reduced material is expediently fed into the fluidized bed under pressure, preferably at a pressure higher than the pressure prevailing in the fluidized bed.
  • a system for carrying out the process with a melter gasifier with feed and discharge lines for the addition of carbon-containing material, iron-containing reduced fine-particulate material, for the extraction of the reducing gas generated and for the supply of oxygen, and furthermore with a slag and iron melt rack characterized in that a lower section of the melter gasifier for collecting the molten pig iron and the liquid slag and an overlying central section for receiving a fixed bed made of solid carbon carriers and then an upper section for receiving a fluidized bed and a calming space is provided above that in Height of the fluidized bed in the side wall of the melter gasifier at least one mouth of a delivery line for fine-particulate reduced material is provided and that an oxygen supply line is the delivery line for the fine particles n-shaped reduced material penetrates centrally, forming an annular delivery space for
  • the feed line for the fine-particulate reduced material can preferably be acted upon with fluidizing gas.
  • an oxygen feed lance whose outlet opening for the oxygen comes to lie at the height of the fluidized bed and centrally in cross-section, also advantageously projects into the melting gasifier.
  • the feed line for the fine-particulate reduced material expediently leads to the melter gasifier via a fluidized bed lock.
  • a line which feeds a conveying gas for the fine-particulate reduced material advantageously opens into the fluidized bed lock.
  • FIGS. 1 and 2 each illustrating a melter gasifier in vertical section in a schematic representation.
  • a reducing gas is generated from solid carbon-containing material 2, such as coal, and oxygen-containing gas by gasifying the coal 2 is fed via a discharge line 3 to a fluidized bed reactor, not shown, in which fine ore is reduced to sponge iron 4.
  • the melter gasifier 1 has a feed line 5 for the solid carbon carriers 2, a feed line 6 for oxygen-containing gases, a feed line 7 for sponge iron and optionally feed lines for carbon carriers which are liquid or gaseous at room temperature, such as hydrocarbons, and for burnt additives.
  • Molten pig iron 9 and molten slag 10 collect in the melt-down gasifier 1 in the bottom region 8 and are tapped off by means of a tap 11.
  • the iron ore reduced to sponge iron 4 in the fluidized bed reactor is discharged, possibly together with burned aggregates, via a conveyor from the fluidized bed reactor, for example by means of discharge screws, and fed to the melter gasifier 1.
  • Both the feed line 5 for the solid carbon carrier 2 and the discharge line 3 for the reducing gas are provided in the dome area 12 of the melter gasifier 1, etc. to several and approximately radially symmetrical arrangement.
  • the discharge line 3 opens into a solids separator 13 which is designed as a hot cyclone.
  • the fine particles 14 entrained with the reducing gas, such as coal and sponge iron are separated and introduced into a fluidized bed lock 16 via a downpipe 15.
  • a feed line 17 opens into the fluidized bed lock 16 for reduced fine-particle material, namely for the sponge iron 4 formed from fine ore, which is drawn off from the fluidized bed reactor.
  • the fluidized bed 18 formed in the fluidized bed lock 16 from the underflow of the hot cyclone and the fine particulate iron sponge 4 supplied is maintained by means of a fluidizing gas which is fed to the fluidized bed lock 16 via a nozzle bottom 19.
  • the supply line 7 for the sponge iron 4 leads from the fluidized bed lock 16 into the melter gasifier 1 at the level of the fluidized bed 21 formed in the melter gasifier 1 above a fixed bed 20 made of carbonaceous material.
  • This fluidized bed 21 is formed from fine-particulate carbonaceous material 2 and iron sponge 4.
  • the carrier gas for maintaining the fluidized bed 21 is formed by the reducing gas emerging from the fixed bed 20, which is generated by the gasification of the carbon-containing material 2.
  • the supply line 7, which is designed as a delivery line for the sponge iron 4 is acted upon at least in the mouth region 22 by fluidizing gas which conveys the sponge iron 4 into the melter gasifier 1.
  • An oxygen supply line 23 is provided centrally within the conveying line 7 and coaxially with the latter, the mouth 24 of which protrudes just above the annular mouth 25 of the conveying line 7 into the melter gasifier 1.
  • the oxygen jet introduced through the oxygen supply line 23 is peripherally surrounded, ie enclosed, by the iron sponge 4 supplied.
  • the sponge iron 4 melts directly in the fluidized bed 21 as a result of the high temperature which arises.
  • a plurality of fluidized-bed locks 16 are preferably arranged distributed around the melter gasifier 1, so that there is a radially symmetrical and uniform introduction of the sponge iron 4 over the cross section of the melter gasifier 1.
  • further oxygen feed lines 26 can open into the melter gasifier 1, which further increase the effectiveness of the melting.
  • an oxygen lance 27 is provided, the mouth 28 of which is provided approximately in the center and just above the fixed bed 20 in the fluidized bed 21.
  • the oxygen lance 27 is expediently arranged projecting centrally from above into the melter gasifier 1.
  • the adjustment of the total height 29 from the fixed bed 20 and the fluidized bed 21 takes place in such a way that a reducing gas temperature of about 1050 ° C. is established in the calming space 30 provided above the fluidized bed 21.
  • the position of the fixed bed surface can be influenced by the choice of the supplied carbon grain and / or by the distribution of the total oxygen between the fixed bed 20 and the fluidized bed 21.
  • a conveying gas which is formed, for example, by cooled reducing gas, is fed into the upper part of the fluidized bed lock 16 via a line 31, etc. in such an amount that a cavity 32 is created in the fluidized bed 21 at the mouth 25 by the momentum of the gas entering.
  • the oxygen supply line 23 does not have to be provided coaxially in the supply line 7. It is important that immediately after the sponge iron 4 enters the melter 1 contact with oxygen taking place, so that the melting process of the sponge iron 4 can take place completely in the fluidized bed 21. In order to achieve this, the feed line 7 and the oxygen feed line 23 could be arranged immediately adjacent, even if the best result is achieved if the sponge iron 4 encloses the oxygen jet at least in the region of the mouth 25.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen (9) oder Stahlvorprodukten aus feinteilchenförmigem eisenhältigem Material (4) in einem Einschmelzvergaser (1) wird unter Zuführung von kohlenstoffhältigem Material (2) und sauerstoffhältigem Gas bei gleichzeitiger Bildung eines Reduktionsgases in einem Bett aus festen Kohlenstoffträgern (2) das eisenhältige Material (4) eingeschmolzen, wobei das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) und Sauerstoff in das Bett (20, 21) seitlich eingebracht werden. Um das feinteilchenförmige eisenhältige Material ohne das Erfordernis eines Brikettierens in den Einschmelzvergaser (1) einbringen zu können und hierbei ein Austragen des feinteilchenförmigen eisenhältigen Materials (4) durch das im Einschmelzvergaser (1) gebildete Reduktionsgas zu vermeiden, wird oberhalb eines von festen Kohlenstoffträgern (2) gebildeten Festbettes (20) ein Wirbelbett (21) aus feinteilchenförmigen festen Kohlenstoffträgern (2) und feinteilchenförmigem eisenhältigem reduziertem Material (4) aufrechterhalten und das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) direkt in das Wirbelbett (21) in unmittelbarem Kontakt mit Sauerstoff, vorzugsweise in Form einer einen Sauerstoffstrahl peripher umgebenden und einen ringförmigen Querschnitt aufweisenden und den Sauerstoff umschließenden Strähne eingebracht, so daß der Sauerstoff vom zugeführten feinteilchenförmigen reduzierten Material (4) umschlossen ist, und das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) im Wirbelbett aufgeschmolzen.

Description

Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder Stahlvorprodukten aus eisenhaltigem Material
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder Stahlvorprodukten aus feinteilchenförmigem eisenhaltigem Material, insbesondere reduziertem Eisenschwamm, in einem Einschmelzvergaser, in dem unter Zuführung von kohlenstoffhaltigem Material und Sauerstoff bei gleichzeitiger Bildung eines Reduktionsgases in einem aus festen Kohlenstoffträgern gebildeten Bett das eisenhaltige Material eingeschmolzen wird, gegebenenfalls nach vorheriger Fertigreduktion, wobei das feinteilchenförmige reduzierte Material und Sauerstoff in das Bett seitlich eingebracht werden, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der EP-B - 0 010 627 ist ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder Stahlvorprodukten aus teilchenförmigem, eisenhaltigem Material, insbesondere vorreduziertem Eisenschwamm, sowie zur Erzeugung von Reduktionsgas in einem Einschmelzvergaser bekannt, bei dem durch Zugabe von Kohle und durch Einblasen von sauerstoffhältigem Gas ein Wirbelbett aus Kokspartikeln gebildet wird. Das sauerstoffhältige Gas bzw. reiner Sauerstoff wird hierbei im unteren Bereich des Einschmelzvergasers eingeblasen. Das teilchenförmige eisenhaltige Material, insbesondere vorreduzierter Eisenschwamm, und die stückige Kohle werden durch Chargieröfhungen in der Haube des Einschmelzvergasers von oben zugeführt, die fallenden Teilchen werden im Wirbelbett abgebremst und die eisenhaltigen Teilchen werden während des Durchfallens durch das Koksfließbett reduziert und geschmolzen. Das aufgeschmolzene, von Schlacke bedeckte Metall sammelt sich am Boden des Einschmelzvergasers. Metall und Schlacke werden durch getrennte Abstichöffnungen abgezogen.
Ein Verfahren dieser Art ist jedoch für die Verarbeitung von feinteiligem Eisenschwamm nicht geeignet, da feinteiliger Eisenschwamm infolge der starken aufwärts gerichteten Gasströmung im Einschmelzvergaser sofort aus diesem ausgetragen werden würde. Ein solches Austragen der feinteiligen Metallträger wird noch durch die Temperatur im oberen Bereich des Einschmelzvergasers, d.h. im Bereich oberhalb der Einschmelzvergasungszone, begünstigt, da diese zu nieder ist, um ein Einschmelzen, d.h. ein Agglomerieren der Feinteilchen am Ort der Einbringung zu größeren Teilchen, die in die Einschmelzvergasungszone trotz des aufwärts strömenden Gases absinken könnten, sicherzustellen. Aus der EP-A - 0 217 331 ist es bekannt, Feinerz in einem Wirbelschichtverfahren direkt vorzureduzieren und das vorreduzierte Feinerz in einen Einschmelzvergaser zu leiten und mittels eines Plasmabrenners unter Zuführung kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels fertig zu reduzieren und aufzuschmelzen. In dem Einschmelzvergaser bildet sich ein Fließbett und darüber ein Wirbelbett aus Koks. Das vorreduzierte Feinerz bzw. das Eisenschwammpulver wird einem im unteren Abschnitt des Einschmelzvergasers vorgesehenen Plasmabrenner zugeführt. Nachteilig ist hierbei, daß durch die Zuführung des vorreduzierten Feinerzes unmittelbar im unteren Einschmelzbereich, d.h. im Bereich der Schmelzensammlung, ein Fertigreduzieren nicht mehr sichergestellt ist und auf keinen Fall die für eine Weiterverarbeitung des Roheisens nötige chemische Zusammensetzung erreicht werden kann. Zudem ist die Einbringung großer Mengen vorreduzierten Feinerzes wegen des im unteren Bereich des Einschmelzvergasers sich aus Kohle bildenden Fließbettes bzw. Festbettes nicht möglich, da eine ausreichende Abfuhr der Schmelzprodukte aus der Hochtemperaturzone des Plasmabrenners nicht möglich ist. Das Einbringen größerer Mengen vorreduzierten Feinerzes würde sofort zu einem thermischen und mechanischen Versagen des Plasmabrenners führen.
Aus der EP-B - 0 111 176 ist es bekannt, Eisenschwammpartikel und flüssiges Roheisen aus stückigem Eisenerz herzustellen, wobei das Eisenerz in einem Direktreduktions-Aggregat direktreduziert wird und aus dem Direktreduktions-Aggregat ausgetragene Eisenschwammpartikel in eine Grob- und Feinkornfraktion getrennt werden. Die Feinkornfraktion wird einem Einschmelzvergaser zugeführt, in dem aus eingebrachter Kohle und zugeführtem sauerstoffhältigem Gas die zum Schmelzen des Eisenschwammes erforderliche Wärme sowie das dem Direktreduktions-Aggregat zugeführte Reduktionsgas erzeugt werden. Die Feinkornfraktion wird in den Einschmelzvergaser über ein Fallrohr zugeleitet, das vom Kopf des Einschmelzvergasers bis in die Nähe des Kohlefließbettes ragt. Am Ende des Fallrohres ist eine Prallplatte zur Geschwindigkeitsminimierung der Feinkornfraktion vorgesehen, wodurch die Austrittsgeschwindigkeit der Feinkornfraktion aus dem Fallrohr sehr gering ist. An der Stelle der Einbringung ist die im Einschmelzvergaser herrschende Temperatur sehr niedrig, wodurch es nicht zu einem sofortigen Aufschmelzen der zugeführten Feinkornfraktion kommen kann. Dies und die niedrige Austrittsgeschwindigkeit aus dem Fallrohr bedingt, daß ein beträchtlicher Anteil der zugeführten Feinkornfraktion mit dem im Einschmelzvergaser erzeugten Reduktionsgas aus diesem wieder austritt. Das Einbringen einer größeren Menge an Feinkorn oder ausschließlich von Feinkorn ist gemäß diesem Verfahren nicht möglich.
Bei einem Verfahren gemäß der EP-A - 0 576 414 werden stückige eisenerzhältige Einsatzstoffe in einem Reduktionsschachtofen direkt reduziert, u.zw. mittels des in der Einschmelzvergasungszone gebildeten Reduktionsgases. Der so erhaltene Eisenschwamm wird dann der Einschmelzvergasungszone zugeführt. Um bei diesem bekannten Verfahren zusätzlich Feinerz und/oder Erzstaub, wie in einem Hüttenwerk anfallenden oxidischen Eisenfeinstaub, verwerten zu können, wird das Feinerz und/oder der Erzstaub mit festen Kohlenstoffträgem einem in die Einschmelzvergasungszone arbeitenden Staubbrenner zugeführt und in einer unterstöchiometrischen Verbrennungsreaktion umgesetzt. Ein solches Verfahren erlaubt eine effiziente Aufarbeitung von in einem Hüttenwerk anfallendem Feinerz und/oder Erzstaub, u.zw. bis zu einer Größenordnung von 20 bis 30 % des Gesamterzeinsatzes, und so ein kombiniertes Verarbeiten von Stückerz und Feinerz. Nachteilig ist hierbei, daß es in der Einschmelzvergasungszone zu Bereichen mit Metallüberschuß und Bereichen mit einem Kohlenstoffüberschuß kommen kann.
Aus der EP-A - 0493 752 ist es bekannt, heiße Stäube aus einem Vergasungsreaktor, wie einem Einschmelzvergaser, in einem Zyklon abzuscheiden und zur Überwindung einer Druckdifferenz zwischen dem Zyklon und dem Vergaser über ein Schleusensystem zurückzuführen, u.zw. über einen Brenner. Das bekannte Schleusensystem erfordert einen hohen konstruktiven Aufwand, wobei die mechanisch arbeitenden Schleusen zudem einem großen Verschleiß durch die staubförmigen Feststoffe ausgesetzt sind.
Aus der EP-A - 0 594 557 ist ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art bekannt, wobei eine Eisenschwamm-Feinkornfraktion mittels eines Fördergases direkt in das im Einschmelzvergaser von der Einschmelzvergasungszone gebildete Fließbett eingebracht wird. Dies ist jedoch nachteilig; es kann zu einem Verstopfen des Fließbettes kommen, was zu einer ungenügenden Durchgasung und gegebenenfalls zu einem Gasstau und in der Folge davon zu eruptiven Gasdurchbrüchen führt, mit denen das verstopfte Fließbett aufgebrochen wird. Hierdurch wird der Vergasungsprozeß für die Kohlenstoffträger und auch der Einschmelzprozeß für das reduzierte Eisenerz stark gestört.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei welchen ein Verarbeiten von feinteilchenförmigem eisenhaltigem und zumindest teilreduziertem Material ohne ein Brikettieren zu erfordern möglich ist und hierbei einerseits ein Austragen der zugeführten Feinteilchen durch das in der Einschmelzvergasungszone erzeugte Reduktionsgas zuverlässig vermieden wird und anderseits der Vergasungsprozeß ungestört vom eingebrachten feinteilchenförmigen reduzierten Material ablaufen kann. D.h., es soll eine Belastung der Einschmelzvergasungszone durch das feinteilchenförmige eisenhaltige reduzierte Material vermieden werden, u.zw. auch dann, wenn bis zu 100% feinteilchenförmiges eisenhaltiges reduziertes Material in den Einschmelzvergaser eingebracht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß oberhalb eines von festen Kohlenstoffträgern gebildeten Festbettes ein Wirbelbett aus feinteilchenförmigen festen Kohlenstoffträgern und feinteilchenförmigem eisenhaltigem reduziertem Material aufrechterhalten wird und das feinteilchenförmige reduzierte Material direkt in das Wirbelbett in unmittelbarem Kontakt mit Sauerstoff, vorzugsweise in Form einer einen Sauerstoffstrahl peripher umgebenden, einen ringförmigen Querschnitt aufweisenden und den Sauerstoff umschließenden Strähne, eingebracht wird, und daß das feinteilchenförmige reduzierte Material im Wirbelbett aufgeschmolzen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante wird das feinteilchenförmige reduzierte Material mittels eines Fluidisierungsgases in das Wirbelbett eingebracht, vorzugsweise eingeblasen.
Um das Zentrum des Wirbelbetts ebenfalls als Schmelzzone heranzuziehen, wird vorzugsweise in das Wirbelbett zusätzlich im Zentrumsbereich desselben Sauerstoff eingeblasen, vorzugsweise von oben.
Es ist von Vorteil, insbesondere bei größeren Mengen/Zeiteinheit an zu verarbeitendem feinteilchförmigem reduziertem Material, wenn das feinteilchenförmige reduzierte Material unter Druck in das Wirbelbett mittels eines Fördergases eingeblasen wird, sodaß sich an der Mündung in das Wirbelbett ein für das feinteilchenförmige reduzierte Material freier Hohlraum bildet.
Zum Ausgleich eines Druckunterschiedes zwischen der Zuführung des reduzierten feinteilchenförmigen Materials und der Einschmelzvergasungszone wird zweckmäßig das feinteilchenförmige reduzierte Material vor dem Einbringen in das Wirbelbett unter Bildung einer Wirbelschicht in einem Behälter gesammelt und aus der Wirbelschicht mittels eines Förder- und/oder Fluidisierungsgases weiter in das Wirbelbett gefördert. Die Wirbelschicht bildet hierbei eine den Druckunterschied aufrechterhaltende Schleuse.
Hierbei wird zweckmäßig in die Wirbelschicht ein Fördergas für das feinteilchenförmige reduzierte Material unter Druck, vorzugsweise mit einem Druck höher als der im Wirbelbett herrschende Druck, zugeführt. Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit einem Einschmelzvergaser mit Zu- und Ableitungen für die Zugabe von kohlenstoffhaltigem Material, eisenhaltigem reduziertem feinteilchenförmigem Material, für den Abzug des erzeugten Reduktionsgases und für die Zuleitung von Sauerstoff, sowie weiters mit einem Schlacken- und Eisen-Schmelzenabstich ist dadurch gekennzeichnet, daß ein unterer Abschnitt des Einschmelzvergasers zum Auffangen des geschmolzenen Roheisens und der flüssigen Schlacke und ein darüber liegender mittlerer Abschnitt zur Aufnahme eines Festbettes aus festen Kohlenstoffträgern und anschließend ein oberer Abschnitt zur Aufnahme eines Wirbelbettes dient sowie darüber ein Beruhigungsraum vorgesehen ist, daß in Höhe des Wirbelbettes in der Seitenwand des Einschmelzvergasers mindestens eine Einmündung einer Förderleitung für feinteilchenförmiges reduziertes Material vorgesehen ist und daß eine Sauerstoffzuführleitung die Förderleitung für das feinteilchenförmige reduzierte Material zentral unter Bildung eines Ringförderraumes für das feinteilchenförmige reduzierte Material durchsetzt und in den Einschmelzvergaser mündet.
Vorzugsweise ist die Förderleitung für das feinteilchenförmige reduzierte Material mit Fluidisierungsgas beaufschlagbar.
Zur Erhöhung der Effektivität des Einschmelzens des reduzierten Materials innerhalb der Wirbelschicht ragt vorteilhaft in den Einschmelzvergaser zusätzlich eine Sauerstoffzuf hrlanze, deren Austrittsöffhung für den Sauerstoff in der Höhe des Wirbelbetts und querschittsmäßig zentral zu liegen kommt.
Um den Druckunterschied zwischen der Zuführung des feinteilchenförmigen reduzierten Materials und dem Einschmelzvergaser aufrechtzuerhalten führt zweckmäßig die Förderleitung für das feinteilchenförmige reduzierte Material über eine Wirbelschichtschleuse zum Einschmelzvergaser.
Vorteilhaft mündet in die Wirbelschichtschleuse eine ein Fördergas für das feinteilchenförmige reduzierte Material zuführende Leitung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei Fig. 1 und 2 jeweils einen Einschmelzvergaser im Vertikalschnitt in schematischer Darstellung veranschaulichen.
In einem Einschmelzvergaser 1 wird aus festem kohlenstoffhaltigem Material 2, wie Kohle, und sauerstoffhältigem Gas, durch Vergasung der Kohle 2 ein Reduktionsgas erzeugt, das über eine Ableitung 3 einem nicht näher dargestellten Wirbelschichtreaktor zugeführt wird, in dem Feinerz zu Eisenschwamm 4 reduziert wird. Der Einschmelzvergaser 1 weist eine Zuleitung 5 für die festen Kohlenstoffträger 2, eine Zuleitung 6 für sauerstoffhältige Gase, eine Zuleitung 7 für Eisenschwamm sowie gegebenenfalls Zuleitungen für bei Raumtemperatur flüssige oder gasförmige Kohlenstoffträger, wie Kohlenwasserstoffe, sowie für gebrannte Zuschläge auf. In dem Einschmelzvergaser 1 sammeln sich im Bodenbereich 8 schmelzflüssiges Roheisen 9 und schmelzflüssige Schlacke 10, die über einen Abstich 11 abgestochen werden.
Das im Wirbelschichtreaktor zu Eisenschwamm 4 reduzierte Eisenerz wird, gegebenenfalls zusammen mit gebrannten Zuschlägen, über eine Fördereinrichtung aus dem Wirbelschichtreaktor ausgebracht, beispielsweise mittels Austragsschnecken, und dem Einschmelzvergaser 1 zugeführt. Sowohl die Zuleitung 5 für die festen Kohlenstoffträger 2 als auch die Ableitung 3 für das Reduktionsgas sind im Dombereich 12 des Einschmelzvergasers 1 vorgesehen, u.zw. zu jeweils mehreren und in etwa radialsymmetrischer Anordnung.
Die Ableitung 3 mündet in einem Feststoffabscheider 13, der als Heißzyklon ausgebildet ist. In diesem Heißzyklon 13 werden die mit dem Reduktionsgas mitgerissenen Feinteilchen 14, wie Kohle und Eisenschwamm abgeschieden und über ein Fallrohr 15 in eine Wirbelschichtschleuse 16 eingeleitet. In die Wirbelschichtschleuse 16 mündet eine Zuleitung 17 für reduziertes feinteilchenförmiges Material, nämlich für den aus Feinerz gebildeten Eisenschwamm 4, der aus dem Wirbelschichtreaktor abgezogen wird.
Die in der Wirbelschichtschleuse 16 gebildete Wirbelschicht 18 aus dem Unterlauf des Heißzyklons und dem zugeführten feinteilchenförmigen Eisenschwamm 4 wird mittels eines Fluidisierungsgases, das über einen Düsenboden 19 der Wirbelschichtschleuse 16 zugeführt wird, aufrechterhalten.
Von der Wirbelschichtschleuse 16 führt die Zuleitung 7 für den Eisenschwamm 4 in den Einschmelzvergaser 1 in Höhe des im Einschmelzvergaser 1 über einem Festbett 20 aus kohlenstoffhaltigem Material ausgebildeten Wirbelbettes 21. Dieses Wirbelbett 21 wird von feinteilchenförmigem kohlenstoffhaltigem Material 2 und Eisenschwamm 4 gebildet. Das Trägergas zur Aufrechterhaltung des Wirbelbetts 21 wird von dem aus dem Festbett 20 austretenden Reduktionsgas, das durch die Vergasung des kohlenstoffhaltigen Materials 2 erzeugt wird, gebildet. Die Zuleitung 7, die als Förderleitung für den Eisenschwamm 4 ausgebildet ist, wird zumindest im Mündungsbereich 22 von Fluidisierungsgas beaufschlagt, das den Eisenschwamm 4 in den Einschmelzvergaser 1 fördert. Zentral innerhalb der Förderleitimg 7 und koaxial zu dieser ist eine Sauerstoffzuführleitung 23 vorgesehen, deren Mündung 24 knapp über die ringförmige Mündung 25 der Förderleitung 7 in den Einschmelzvergaser 1 ragt. Der durch die Sauerstoffzuführleitung 23 eingebrachte Sauerstoffstrahl wird vom zugeführten Eisenschwamm 4 peripher umgeben, d.h. umschlossen. Hierdurch kommt es unmittelbar im Wirbelbett 21 infolge der sich einstellenden hohen Temperatur zu einem Aufschmelzen des Eisenschwamms 4.
Vorzugsweise sind mehrere Wirbelschichtschleusen 16 um den Einschmelzvergaser 1 verteilt angeordnet, sodaß eine radialsymmetrische und über den Querschnitt des Einschmelzvergasers 1 gleichmäßige Einbringung des Eisenschwamms 4 gegeben ist. Zusätzlich können zwischen den Mündungen 25 der Eisenschwamm-Förderleitungen 7 noch weitere Sauerstoffzuleitungen 26 in den Einschmelzvergaser 1 münden, die die Effektivität des Aufschmelzens weiter erhöhen. Um auch das Zentrum des Wirbelbetts 21 als Schmelzzone heranzuziehen, ist eine Sauerstofflanze 27 vorgesehen, deren Mündung 28 etwa im Zentrum und knapp oberhalb des Festbetts 20 im Wirbelbett 21 vorgesehen ist. Die Sauerstofflanze 27 ist zweckmäßig zentral von oben in den Einschmelzvergaser 1 ragend angeordnet.
Die Einstellung der Gesamthöhe 29 aus Festbett 20 und Wirbelbett 21 erfolgt derart, daß sich eine Reduktionsgastemperatur in dem oberhalb des Wirbelbettes 21 vorgesehenen Beruhigungsraum 30 von etwa 1050°C einstellt. Die Lage der Festbett-Oberfläche kann durch die Wahl der zugeführten Kohlekörnung und/oder durch die Aufteilung des Gesamtsauerstoffs auf das Festbett 20 und das Wirbelbett 21 beeinflußt werden.
Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird mittel eines Fördergases, das beispielsweise von gekühltem Reduktionsgas gebildet ist, in den oberen Teil der Wirbelschichtschleuse 16 über eine Leitung 31 zugeführt, u.zw. in einer solche Menge, daß an der Mündung 25 ein Hohlraum 32 in dem Wirbelbett 21 durch den Impuls des eintretenden Gases entsteht.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen, sondern kann in verschiedener Hinsicht modifiziert werden. So muß die Sauerstoffzuführleitung 23 nicht koaxial in der Zuleitung 7 vorgesehen sein. Wichtig ist ein unmittelbar nach dem Eintritt des Eisenschwammes 4 in den Einschmelzvergaser 1 stattfindender Kontakt mit Sauerstoff, so daß der Aufschmelzprozeß des Eisenschwammes 4 vollständig in der Wirbelschicht 21 stattfinden kann. Um dies zu erzielen, könnten die Zuleitung 7 und die Sauerstoffzuführleitung 23 unmittelbar benachbart angeordnet sein, wenn auch das beste Ergebnis dann erzielt wird, wenn der Eisenschwamm 4 den Sauerstoffstrahl zumindest im Bereich der Mündung 25 umschließt.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen (9) oder Stahlvorprodukten aus feinteilchenförmigem eisenhaltigem Material (4), insbesondere reduziertem Eisenschwamm, in einem Einschmelzvergaser (1), in dem unter Zuführung von kohlenstoffhaltigem Material (2) und Sauerstoff bei gleichzeitiger Bildung eines Reduktionsgases in einem aus festen Kohlenstoffträgern (2) gebildeten Bett (20, 21) das eisenhaltige Material (4) eingeschmolzen wird, gegebenenfalls nach vorheriger Fertigreduktion, wobei das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) und Sauerstoff in das Bett (20, 21) seitlich eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb eines von festen Kohlenstoffträgern (2) gebildeten Festbettes (20) ein Wirbelbett (21) aus feinteilchenförmigen festen Kohlenstoffträgern (2) und feinteilchenförmigem eisenhaltigem reduziertem Material (4) aufrechterhalten wird und das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) direkt in das Wirbelbett (21) in unmittelbarem Kontakt mit Sauerstoff, vorzugsweise in Form einer einen Sauerstoffstrahl peripher umgebenden, einen ringförmigen Querschnitt aufweisenden und den Sauerstoff umschließenden Strähne, eingebracht wird, und daß das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) im Wirbelbett aufgeschmolzen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) mittels eines Fluidisierungsgases in das Wirbelbett (21) eingebracht, vorzugsweise eingeblasen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in das Wirbelbett (21) zusätzlich im Zentrumsbereich desselben Sauerstoff eingeblasen wird, vorzugsweise von oben.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) unter Druck in das Wirbelbett (21) mittels eines Fördergases eingeblasen wird, sodaß sich an der Mündung in das Wirbelbett (21) ein für das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) freier Hohlraum (32) bildet.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) vor dem Einbringen in das Wirbelbett (21) unter Bildung einer Wirbelschicht (18) in einem Behälter (16) gesammelt und aus der Wirbelschicht (18) mittels eines Förder- und/oder Fluidisierungsgases weiter in das Wirbelbett (21 ) gefördert wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wirbelschicht (18) ein Fördergas für das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) unter Druck, vorzugsweise mit einem Druck höher als der im Wirbelbett (21) herrschende Druck, zugeführt wird.
7. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Einschmelzvergaser (1) mit Zu- und Ableitungen (3, 5, 6, 7) für die Zugabe von kohlenstoffhaltigem Material (2), eisenhaltigem reduziertem feinteilchenförmigem Material (4), für den Abzug des erzeugten Reduktionsgases und für die Zuleitung von Sauerstoff, sowie weiters mit einem Schlacken- und Eisen-Schmelzenabstich (11), dadurch gekennzeichnet, daß ein unterer Abschnitt (8) des Einschmelzvergasers (1) zum Auffangen des geschmolzenen Roheisens (9) und der flüssigen Schlacke (10) und ein darüber liegender mittlerer Abschnitt zur Aufnahme eines Festbettes (20) aus festen Kohlenstoffträgern und anschließend ein oberer Abschnitt zur Aufnahme eines Wirbelbettes (21) dient sowie darüber ein Beruhigungsraum vorgesehen ist, daß in Höhe des Wirbelbettes (21) in der Seitenwand des Einschmelzvergasers (1) mindestens eine Einmündung einer Förderleitung (7) für feinteilchenförmiges reduziertes Material (4) vorgesehen ist und daß eine Sauerstoffzuführleitung (23) die Förderleitung (7) für das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) zentral unter Bildung eines Ringförderraumes für das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) durchsetzt und in den Einschmelzvergaser (1) mündet.
8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung (7) für das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) mit Fluidisierungsgas beaufschlagbar ist.
9. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Einschmelzvergaser (1) zusätzlich eine Sauerstoffzuführlanze (27) ragt, deren Austrittsöffhung (28) für den Sauerstoff in der Höhe des Wirbelbetts (21) und querschittsmäßig zentral zu liegen kommt.
10. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung für das feinteilchenförmige reduzierte Material über eine Wirbelschichtschleuse zum Einschmelzvergaser führt.
11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wirbelschichtschleuse (16) eine ein Fördergas für das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) zuführende Leitung (31 ) mündet.
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