EP2013369A2 - Verfahren zur herstellung von flüssigem roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten aus feinteilchenförmigem eisenoxidhältigem material - Google Patents

Verfahren zur herstellung von flüssigem roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten aus feinteilchenförmigem eisenoxidhältigem material

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EP2013369A2
EP2013369A2 EP07724363A EP07724363A EP2013369A2 EP 2013369 A2 EP2013369 A2 EP 2013369A2 EP 07724363 A EP07724363 A EP 07724363A EP 07724363 A EP07724363 A EP 07724363A EP 2013369 A2 EP2013369 A2 EP 2013369A2
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EP
European Patent Office
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reducing gas
fluidized bed
iron oxide
gas
bed reactor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07724363A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bogdan Vuletic
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SIEMENS VAI METALS TECHNOLOGIES GMBH
Original Assignee
Siemens VAI Metals Technologies GmbH and Co
Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
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Publication date
Application filed by Siemens VAI Metals Technologies GmbH and Co, Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria filed Critical Siemens VAI Metals Technologies GmbH and Co
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02P10/134—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by avoiding CO2, e.g. using hydrogen

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of liquid pig iron or liquid steel precursors from feinchenchenigem iron oxide containing material, wherein finely particulate iron oxide material with the aid of a reducing gas prereduced in at least one prereduction stage and then reduced in a Endreduktionsmodel to sponge iron, the sponge iron in a melter gasification zone with supply of carbon carriers and oxygen-containing gas melted and a CO and H 2- containing reduction gas is generated, which is introduced into the Endreduktionshand, where implemented, withdrawn, then introduced into at least one prereduction stage, where it is reacted and withdrawn. Furthermore, the invention relates to a device for carrying out this method.
  • a method of this kind is already known, for example, from EP 969 107 A1.
  • several fluidized bed reactors are used, which are arranged in a cascade.
  • the fine ore particles tend very strongly to agglomeration in the reduction in the fluidized bed reactors, this effect occurs increasingly with increasing degree of fineness of the ore particles, with increasing reduction gas temperatures and with increasing degree of metallization.
  • so far only such fluidized bed processes could be realized industrially and with acceptable cleaning and maintenance and availability of the system, with relatively low degree of metallization of the sponge iron of about 70% or coarser fine ore (0 - 10 mm) and reducing gas temperatures below 800 0 C.
  • This energy deficit can be compensated by various additional measures.
  • the additionally required energy input can be covered by a higher specific amount of reducing gas per ton Möller or by an additional partial combustion of CO and H 2 by blowing oxygen.
  • increasing the specific amount of reducing gas also results in less CO and H 2 having to be burned in the connecting lines between the fluidized bed reactors to raise the reducing gas temperature to an optimum value for the subsequent fluidized bed reactor.
  • the reducing gas required for the reduction of the iron oxides and the calcination of the additives is used in a melter gasifier using coal as the gasification agent and oxygen or oxygen-enriched air as an oxidizing agent.
  • the heat generated during the gasification process is melted in the melter gasifier to melt sponge iron and the necessary additives to pig iron and slag, which are tapped at certain intervals.
  • the object of the present invention is to obviate these drawbacks and difficulties and has as its object the further development of the above-described method and apparatus for producing molten pig iron or liquid steel precursors from finely particulate iron oxide-containing material so that the melter gasifier can be driven at a higher output as its associated fluidized bed reactors and the production process thus runs more stable. Furthermore, the necessity between the fluidized bed reactors to carry out an energy input by combustion of CO and H 2 in the connecting pipelines should be substantially reduced or at least largely avoided.
  • This object is achieved in that a proportion of the finely particulate iron oxide-containing material is introduced via at least one prereduction stage and a final reduction stage in a melter gasification zone and a further proportion of finely particulate iron oxide-containing material directly or together with the carbon carriers and the oxygen-containing gas in the Einschmelzvergasungszone.
  • the melter gasifier is operated for up to 8 hours, for longer stoppages up to 12 hours, and for cleaning fluidized bed reactors for about 4 days with purchased HBI.
  • HBI hot compacted iron
  • the proportion of the fine particulate iron oxide-containing material charged directly or together with the carbon carriers and the oxygen-containing gas is 10% to 20% of the total amount of the fine particulate iron oxide-containing material used.
  • a particularly favorable composition of the reducing gas leaving the melt-down gasification zone is achieved when carbon monoxide and oxygen-containing gas are fed to the meltdown gasification zone in an amount such that the amount of CO 2 in the reducing gas leaving the meltdown gasification zone is in a range of 4% to 9%, preferably in one range less than 6%.
  • the reducing gas emerging from the meltdown gasification zone is subjected to hot dedusting and subsequently fed to the final reduction stage and preferably to all prereduction stages having an increased, preferably a 10% increased, specific amount of reducing gas.
  • the prereduction stages hot treated reducing gas bypass is added to the colder reducing gas stream from the Endreduktionsgraphic or the colder reducing gas stream from the last prereduction stage and increases the heat content of the mixed gas.
  • the fluidized bed reactors are cleaned at intervals of 2 to 2.5 months to remove clogs and caking of sponge iron, causing about 4 days of production downtime with each shutdown.
  • Particularly favorable conditions for the reduction process in the prereduction stages, in particular in the second prereduction stage, are achieved when 5% to 15%, preferably about 10%, of the treated reduction gas is admixed with the reducing gas leaving the final reduction stage prior to entry into the upstream prereduction stage.
  • the sponge iron required during the Abfahrphase and during the heating of the fluidized bed reactors, which is continuously produced during the continuous operation of the plant as intended surplus quantity is continuously discharged from the Endreduktionscut.
  • a partial amount of about 5% to 15%, preferably about 10%, of the total amount of sponge iron produced is discharged from the final reduction stage and cooled.
  • a plant for the production of liquid pig iron or liquid steel precursors of finely particulate iron oxide containing material with at least two series-connected fluidized bed reactors, wherein fine particulate iron oxide material from fluidized bed reactor to fluidized bed reactor via feed lines in one direction and the reducing gas from fluidized bed reactor to fluidized bed reactor via reducing gas connecting lines in the opposite direction, and with a melter carburetor into which a sponge leading out of the fluidized bed reactor in the flow direction of the felchenförmigen iron oxide containing material feed line leads, the lead for carbon support and for oxygen-containing gases, and a tap for pig iron or steel prematerial and slag, and one in the flow direction of the iron oxide-containing material last arranged fluidized bed reactor open de reduction gas discharge for reducing gas formed in the melter gasifier, characterized in that a first branch conveying line for a proportion of finely particulate iron oxide material is formed by a feed line from fluidized bed reactor to fluidized bed reactor and a subsequent delivery line to the melter gasifier and
  • the second branch conveying line for the further proportion of the finely particulate iron oxide-containing material opens into a connecting conveyor line from a feeding device for feeding carbon carriers and oxygen-containing gases into the melter gasifier. This results in a metered and coordinated introduction of iron oxide-containing material, carbon carriers and oxygen-containing gas.
  • the second branch conveying pipe is designed for passage of from 10% to 15% of the total amount of the fine particulate iron oxide-containing material used.
  • the metered addition of preferably from the first prereduction stage extracted and treated blast furnace gas for the treated reduction gas from the melter gasifier is advantageously achieved in that in the reducing gas discharge a H adoptedstaubungsstrom, preferably a hot gas cyclone is switched that in the reducing gas discharge temperature measuring device for detecting the reduction gas temperature is arranged and the output side of the CO 2 removal plant a top gas line with an inlet quantity control device for adjusting the reduction gas temperature in the leading to the fluidized bed reactor Endervuktionstell reducing gas discharge opens.
  • the adjustment of the reducing gas temperature before entering the fluidized bed reactors of the prereduction stages is carried out by introducing individual reducing gas connecting lines between the reducing gas discharge and the at least one fluidized bed reactor in addition to the reducing gas connecting lines leading from the fluidized bed reactor to fluidized bed reactor and the reducing gas discharge leading to the fluidized bed reactor Pre-reaction stage are provided and these reducing gas connecting lines are assigned encouragenregulier wornen for metered addition of reducing gas.
  • This outsourced and stocked sponge iron is used again during business interruptions.
  • the plant according to the invention comprises three series-connected fluidized bed reactors 1,
  • Material containing iron oxide is supplied in the form of fine ore from an ore feed device 4 via an ore feed line 5 and a branch feed line 5a to the first fluidized bed reactor 1, in which a preheating of the fine ore and a first prereduction takes place in the first prereduction stage. Subsequently, the pretreated fine ore is forwarded via a feed line 6a into the fluidized bed reactor 2 and via a further feed line 6b into the fluidized bed reactor
  • the second prereduction stage a further prereduction of the fine ore takes place and in the fluidized bed reactor 3, the final reduction stage, the end reduction of the fine ore to sponge iron takes place.
  • Sponge iron is discharged from the fluidized bed reactor 3 and passed through a feed line 7 in the melter gasifier 8.
  • iron oxide-containing material is introduced directly into the melter gasifier 8 through a second branch delivery line 5b.
  • This branch conveyor line opens into a connection conveyor line 9 through which coal is introduced directly from a feed device 10 into the melter gasifier 8.
  • air is used as the carrier gas.
  • a subset of the produced sponge iron is diverted via the feed line 7a from the fluidized bed reactor 3 and fed to a cooling device not shown, where it is cooled and stored. This sponge iron is used again in the Abfahrphase and during the heating of the fluidized bed reactors.
  • a CO and H 2 -containing reducing gas is generated in a meltdown gasification zone 8a of coal and oxygen-containing gas, which is withdrawn from the melter gasifier with a reducing gas discharge line 12.
  • reducing gas connection lines 14a in countercurrent to Erz
  • the separated in the hot dedusting system 13 fine dust is introduced via return lines 15 back into the melter gasifier 8.
  • the spent reducing gas leaves the fluidized bed reactor 1 as top gas through the top gas 16a, flows through a top gas scrubber 17 and after a compressor 18, a CO 2 removal plant 19.
  • a partial flow of the thus treated top gas is recycled through the top gas 16b and the reducing gas stream in the reducing gas -Veritatistechnisch 14 a fed just before entering the fluidized bed reactor 3 metered.
  • the instantaneous reduction gas temperature in the reducing gas connecting line 14 a is measured prior to entry into the fluidized bed reactor 3 and the metered admixing of the treated top gas from the top gas line 16 b takes place as a function of the optimum reducing gas temperature at the inlet to the fluidized bed reactor 3 by a quantity regulator 21 in the top gas 16b.
  • a partial stream of fresh reducing gas can be fed into the top gas line 16a upstream of a compressor 18 after a wash in a scrubber 23, whereby the operating conditions of the CO 2 removal system 19 are improved.
  • the reducing gas connecting lines 14d, 14e are also assigned a quantity regulating device 21 and optionally the reducing gas connecting lines 14d, 14e for more precise control of the admixing of a temperature measuring device 20.
  • the melter gasifier 8 open one or more feed lines 9 for solid carbon carriers and an air line for oxygen-containing gases.
  • molten pig iron or molten steel pre-material and molten slag which are tapped via taps 23, 24, collect below the melt-down gasification zone 8a.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten aus feinteilchenförmigem eisenoxidhältigem Material, wobei feinteilchenförmiges eisenoxidhältiges Material mit Hilfe eines Reduktionsgases in mindestens einer Vorreduktionsstufe vorreduziert und anschließend in einer Endreduktionsstufe zu Eisenschwamm reduziert wird, der Eisenschwamm in einer Einschmelzvergasungszone unter Zufuhr von Kohlenstoffträgern und sauerstoffhaltigem Gas erschmolzen und ein CO- und H2-hältiges Reduktionsgas erzeugt wird, welches in die Endreduktionsstufe eingeleitet, dort umgesetzt, abgezogen, anschließend in mindestens eine Vorreduktionsstufe eingeleitet, dort umgesetzt und abgezogen wird. Damit der Einschmelzvergaser mit einer höheren Leistung gefahren werden kann, der Produktionsprozess damit stabiler abläuft und bisher notwendige Teilverbrennungen in den Reduktionsgasleitungen zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass ein Mengenanteil des feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Materials über mindestens eine Vorreduktionsstufe und eine Endreduktionsstufe in eine Einschmelzvergasungszone und ein weiterer Mengenanteil des feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Materials direkt oder gemeinsam mit den Kohlenstoffträgern und dem sauerstoffhaltigen Gas in die Einschmelzvergasungszone eingebracht wird. Weiters wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen.

Description

Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten aus feinteilchenförmigem eisenoxidhältigem Material:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten aus feinteilchenförmigem eisenoxidhältigem Material, wobei feinteilchenförmiges eisenoxidhältiges Material mit Hilfe eines Reduktionsgases in mindestens einer Vorreduktionsstufe vorreduziert und anschließend in einer Endreduktionsstufe zu Eisenschwamm reduziert wird, der Eisenschwamm in einer Einschmelzvergasungszone unter Zufuhr von Kohlenstoffträgern und sauerstoffhaltigem Gas erschmolzen und ein CO- und H2-hältiges Reduktionsgas erzeugt wird, welches in die Endreduktionsstufe eingeleitet, dort umgesetzt, abgezogen, anschließend in mindestens eine Vorreduktionsstufe eingeleitet, dort umgesetzt und abgezogen wird. Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Ein Verfahren dieser Art ist beispielsweise aus der EP 969 107 A1 bereits bekannt. Hierbei werden zur Reduktion von Feinerz zu Eisenschwamm zumeist mehrere Wirbelschichtreaktoren eingesetzt, die in einer Kaskade angeordnet sind. Die Feinerzpartikel neigen bei der Reduktion in den Wirbelschichtreaktoren sehr stark zur Agglomeration, wobei dieser Effekt mit steigendem Feinheitsgrad der Erzpartikel, mit ansteigender Reduktionsgastemperaturen und mit steigendem Metallisierungsgrad verstärkt auftritt. Aus diesem Grund konnten bisher nur solche Wirbelschichtprozesse industriell und mit akzeptablem Reinigungs- und Wartungsaufwand und Verfügbarkeit der Anlage realisiert werden, die mit relativ niedrigen Metallisierungsgrad des Eisenschwammes von etwa 70 % oder mit gröberem Feinerz (0 - 10 mm) und Reduktionsgastemperaturen unter 8000C für den letzten Wirbelschichtreaktor und für die Vorreduktionsreaktoren zwischen 7000C und 760°C betrieben wurden. Eine relativ niedrige Reduktionsgastemperatur bringt jedoch den Nachteil eines entsprechend geringeren Wärmeeintrages mit sich. Zusätzlich treten Wärmeverluste an den einzelnen Wirbelschichtreaktoren und den Verbindungsrohrleitungen zwischen den Wirbelschichtreaktoren auf, die größer sind als vergleichsweise bei der Reduktion von Stückerz in einem Reduktionsschacht. Die für einen optimalen Metallisierungsvorgang erforderliche Reduktionsgastemperatur in den einzelnen in Serie geschaltenen Wirbelschichtreaktoren kann daher ohne Zuführung von Zusatzenergie nur beschränkt aufrecht erhalten werden.
Dieses Energiedefizit kann durch verschiedene Zusatzmaßnahmen kompensiert werden. Der zusätzlich notwendige Energieeintrag kann durch eine höhere spezifische Reduktionsgasmenge pro Tonne Möller oder durch eine zusätzliche Teilverbrennung von CO und H2 durch Einblasen von Sauerstoff abgedeckt werden. Neben einem höheren Eintrag an fühlbarer Wärme, wird durch eine Erhöhung der spezifischen Reduktionsgasmenge auch erreicht, dass weniger CO und H2 in den Verbindungsleitungen zwischen den Wirbelschichtreaktoren verbrannt werden muss, um die Reduktionsgastemperatur auf einen optimalen Wert für den nachfolgenden Wirbelschichtreaktor anzuheben. Weiters wird durch eine erhöhte spezifische Reduktionsgasmenge erreicht, dass das Reduktionspotential des Reduktionsgases durch Teilverbrennung von CO und H2, für den jeweils nachfolgenden Wirbelschichtreaktor einen vorbestimmten Grenzwert nicht unterschreitet, damit ein relativ hoher Metallisierungsgrad auch von größeren Eisenerzpartikeln, die eine längere Verweilzeit als die kleineren Erzpartikel in der reduzierenden Atmosphäre benötigen, erreicht wird.
Bei einem Schmelzreduktionsverfahren in einem oder in mehreren in Serie geschaltenen Wirbelschichtreaktoren, wie es beispielsweise aus der EP 969 107 A1 bekannt ist, wird das für die Reduktion der Eisenoxide und die Kalzinierung der Zuschläge erforderliche Reduktionsgas in einem Einschmelzvergaser unter Verwendung von Kohle als Vergasungsmittel und Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft als Oxidationsmittel produziert. Die beim Vergasungsprozess entstehende Wärme wird im Einschmelzvergaser zum Einschmelzen von Eisenschwamm und den notwendigen Zuschlägen zu Roheisen und Schlacke, die in bestimmten Zeitabständen abgestochen werden. Bei der Kopplung eines Einschmelzvergasers mit einem Reduktionsschachtofen, wie dies beim COREX® -Verfahren erfolgt, ist bei einem Einsatz von Kohlen mit einem Anteil an flüchtigen Bestandteilen über 27%, die im Einschmelzvergaser produzierte Reduktionsgasmenge ausreichend für einen stationären Betrieb des Reduktionsschachtes. Bei einer Kopplung eines Einschmelzvergasers mit Wirbelschichtreaktoren kann ein optimierter Betrieb nur durch zusätzliche, zuvor bereits beschriebene Maßnahmen, wie höhere spezifische Reduktionsgasmenge und Teilverbrennung von CO und H2 erreicht werden. Um die Wirbelschichtreaktoren mit höheren spezifischen Reduktionsgasmengen betreiben zu können, ist ebenfalls bereits die Möglichkeit bekannt, entweder gereinigtes Gichtgas aus den Wirbelschichtreaktoren einer CO2-Entfernungsanlage abzuziehen und dem Reduktionsprozess wieder zuzuführen oder den Einschmelzvergaser mit hochflüchtigen Kohlen zu betreiben. Der Einsatz von Vergasungsmitteln mit hohem Anteil an flüchtigen Bestandteilen und niedrigem Heizwert erfordert sehr hohe spezifische Verbrauche an Vergasungs- und Oxidationsmittel und bringt sehr hohe spezifische Schlackenraten mit sich und ist daher unwirtschaftlich. Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen wird daher die Produktion von erhöhten Reduktionsgasmengen über die Gasaufbereitungsanlage bevorzugt. Allerdings ist die nach diesem Verfahren erzeugte Zusatzgasmenge durch die relativ niedrige Ausbeute des Gichtgases (Off Gas) in einer CO2-Entfernungsanlage bei Kohlen mit einem niedrigen Anteil an flüchtigen Bestandteilen nicht ausreichend für die Produktion des Eisenschwammes mit einer relativ gleichmäßigen Metallisierung, insbesondere nicht bei niedrigen spezifischen Brennstoffverbräuchen, wie sie an sich wünschenswert sind.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, das oben beschriebene Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten aus feinteilchenförmigem eisenoxidhältigem Material dahingehend weiter zu entwickeln, dass der Einschmelzvergaser mit einer höheren Leistung gefahren werden kann als die ihm zugeordneten Wirbelschichtreaktoren und der Produktionsprozess damit stabiler abläuft. Weiters soll die Notwendigkeit zwischen den Wirbelschichtreaktoren einen Energieeintrag durch Verbrennung von CO und H2 in den Verbindungsrohrleitungen vorzunehmen wesentlich reduziert oder zumindest weitgehend vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Mengenanteil des feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Materials über mindestens eine Vorreduktionsstufe und eine Endreduktionsstufe in eine Einschmelzvergasungszone und ein weiterer Mengenanteil des feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Materials direkt oder gemeinsam mit den Kohlenstoffträgern und dem sauerstoffhaltigen Gas in die Einschmelzvergasungszone eingebracht wird.
Durch die damit im Einschmelzvergaser erreichte quantitative und qualitative Steigerung der Reduktionsgasproduktion reduziert sich die Notwendigkeit der zusätzliche CO und H2 Verbrennung zwischen den aufeinander folgenden Wirbelschichtreaktoren. Da das Reduktionspotential des Reduktionsgases durch eine derartige Teilverbrennung von CO und H2 zu CO2 und H2O verringert wird, wird durch diese Maßnahme auch eine Steigerung des Metallisierungsgrades des Feinerzes erreicht.
Aus ökonomischen Gründen ist es sogar zweckmäßig, im Einschmelzvergaser größere Reduktionsgasmengen mit einem niedrigen Gehalt an oxydierenden Komponenten (CO2 und H2O) zu produzieren, als für einen ausbalancierten Betrieb des Einschmelzvergasers und der Wirbelschichtreaktoren benötigt werden. Der Grund hierfür ist der Bedarf an zusätzlichem Eisenschwamm bzw. heißbrikettiertem Eisen (HBI) während der Anfahrphase und während des Aufheizens der Wirbelschichtreaktoren, einschließlich des Aufheizens und der Nachreduktion des Wirbelschichtmaterials. Bekanntlich müssen mindestens die zwei letzten - in den meisten Fällen alle - in Serie geschaltenen Wirbelschichtreaktoren bei jedem Stillstand entleert werden, der länger als 2 Stunden dauert, um die Agglomeration des eingesetzten Materials und einen daraus resultierenden längeren Anlagenstillstand zu vermeiden. Schon bei kurzen Stillständen wird der Einschmelzvergaser bis zu 8 Stunden, bei längeren Stillständen bis zu 12 Stunden und bei Reinigung von Wirbelschichtreaktoren um etwa 4 Tage mit zugekauften HBI betrieben. Bei diesem relativ hohen Bedarf an in Zukauf teurerem HBI ist es daher wirtschaftlicher eine Teilmenge des produzierten Eisenschwammes in Form von HBI oder HCl (hot compacted iron) während des Produktionsvorganges kontinuierlich abzuzweigen und in den oben beschriebenen Stillstandsfällen als kaltes Zwischenprodukt in den Einschmelzvergaser einzusetzen.
Zur Sicherung dieses zusätzlichen Bedarfs und um einen stabilen Betrieb des Verfahrens ist gewährleistet, beträgt der direkt oder gemeinsam mit den Kohlenstoffträgern und dem sauerstoffhaltigen Gas in die Einschmelzvergasungszone eingebracht Mengenanteil des feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Materials 10% bis 20% der Gesamtmenge des eingesetzten feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Materials.
Eine besonders günstige Zusammensetzung des die Einschmelzvergasungszone verlassenden Reduktionsgases wird erzielt, wenn der Einschmelzvergasungszone Kohlenstoffträger und sauerstoffhaltiges Gas in einer Menge zugeführt werden, damit der Anteil an CO2 im die Einschmelzvergasungszone verlassenden Reduktionsgas in einem Bereich von 4% bis 9%, vorzugsweise in einem Bereich von weniger als 6 %, liegt.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird das aus der Einschmelzvergasungszone austretende Reduktionsgas einer Heißentstaubung unterzogen und nachfolgend der Endreduktionsstufe und vorzugsweise allen Vorreduktionsstufen mit einer erhöhten, vorzugsweise einer mit 10% erhöhten, spezifischen Reduktionsgasmenge zugeführt. Somit wird den Vorreduktionsstufen heißes aufbereitetes Reduktionsgas im Bypass dem kälteren Reduktionsgasstrom aus der Endreduktionsstufe bzw. dem kälteren Reduktionsgasstrom aus der letzten Vorreduktionsstufe zugemischt und der Wärmeinhalt des Mischgases erhöht. Durch den Zumischvorgang kann eine gezielte Einstellung der Reduktionsgastemperatur direkt vor der jeweiligen Reduktionsstufe vorgenommen werden.
Bei Feinerzreduktionsanlagen entsprechend dem Stand der Technik werden die Wirbelschichtreaktoren in Zeitabständen von 2 bis 2,5 Monaten gereinigt, um Verstopfungen und Anbackungen von Eisenschwamm zu entfernen, wodurch es bei jedem Betriebsstillstand zu einem etwa 4-tägigen Produktionsausfall kommt.
Zu Verstopfungen und Anbackungen von Eisenschwamm in den Reaktorzyklonen der Fertigreduktionsstufe kommt es schneller und häufiger, wenn der Reaktor mit hohen Reduktionsgasmengen und hohen Reduktionsgastemperaturen betrieben wird. Ähnliches gilt auch für die Gasverteilerdüsen, da diese mit höheren Gasgeschwindigkeiten durchströmt werden. Es ist daher eine beliebige Erhöhung der Reduktionsgasmenge und der Reduktionsgastemperatur nicht zielführend. Eine Balance zwischen den Vorteilen und Nachteilen wird erreicht, wenn von dem aufbereiteten Reduktionsgas nach der Heißentstaubung eine Teilmenge von mindestens 70 % der Endreduktionsstufe und eine Teilmenge von bis zu 30 % unmittelbar den Vorreduktionsstufen zugeführt wird.
Besonders günstige Bedingungen für den Reduktionsvorgang in den Vorreduktionsstufen, insbesondere in der zweiten Vorreduktionsstufe werden erreicht, wenn 5 % bis 15 %, vorzugsweise etwa 10 %, des aufbereiteten Reduktionsgases dem die Endreduktionsstufe verlassenden Reduktionsgas vor dem Eintritt in die vorgelagerte Vorreduktionsstufe zugemischt werden.
Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass das aufbereitete Reduktionsgas nach der Heißentstaubung auf eine höhere Temperatur eingestellt wird, als dies für die Fertigreduktion des feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Materials in der Endreduktionsstufe notwendig ist. Dieser Mehrbedarf an fühlbarer Wärme kann zum größten Teil durch die vorhandenen fühlbare Wärme des aus der
Einschmelzvergasungszone austretenden Reduktionsgases gedeckt werden, hierzu ist es erforderlich, das Generatorgas am Vergaseraustritt weniger abzukühlen (z.B. auf 880/900°C statt auf üblicherweise 800/8200C). Eine Feineinstellung der Reduktionsgastemperatur für die Endreduktionsstufe erfolgt durch dosierte Zugabe des aus der vorzugsweise ersten Vorreduktionsstufe abgezogenen und aufbereiteten Gichtgas.
Die während der Abfahrphase und während des Aufheizens der Wirbelschichtreaktoren benötigte Eisenschwamm, der während des kontinuierlichen Anlagenbetriebes laufend als vorgesehene Überschussmenge produziert wird, wird aus der Endreduktionsstufe kontinuierlich ausgeschleust. Hierbei wird eine Teilmenge von etwa 5 % bis 15 %, vorzugsweise etwa 10%, der erzeugten Gesamtmenge an Eisenschwamm aus der Endreduktionsstufe ausgeschleust und abgekühlt.
Eine Anlage zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten aus feinteilchenförmigem eisenoxidhältigem Material, mit mindestens zwei hintereinander in Serie geschalteten Wirbelschichtreaktoren, wobei feinteilchenförmiges eisenoxidhältiges Material von Wirbelschichtreaktor zu Wirbelschichtreaktor über Förderleitungen in einer Richtung und das Reduktionsgas von Wirbelschichtreaktor zu Wirbelschichtreaktor über Reduktionsgas-Verbindungsleitungen in die entgegengesetzte Richtung geführt ist, und mit einem Einschmelzvergaser, in den eine den Eisenschwamm aus dem in Fließrichtung des feiteilchenförmigen eisenoxidhältigen Materials letztangeordneten Wirbelschichtreaktor führenden Förderleitung mündet, der Zuleitung für Kohlenstoffträger und für sauerstoffhaltige Gase, sowie einen Abstich für Roheisen bzw. Stahlvormaterial und Schlacke, sowie eine in den in Fließrichtung des eisenoxidhältigen Materials letztangeordneten Wirbelschichtreaktor mündende Reduktionsgas-Ableitung für im Einschmelzvergaser gebildetes Reduktionsgas aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Zweigförderleitung für einen Mengenanteil des feinteilchenförmiges eisenoxidhältiges Material durch eine Förderleitung von Wirbelschichtreaktor zu Wirbelschichtreaktor und eine anschließende Förderleitung zum Einschmelzvergaser gebildet ist und eine zweite Zweigförderleitung für einen weiteren Mengenanteil des feinteilchenförmiges eisenoxidhältiges Material durch eine Verbindungs-Förderleitung von einer Aufgabevorrichtung direkt in den Einschmelzvergaser gebildet ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mündet die zweite Zweigförderleitung für den weiteren Mengenanteil des feinteilchenförmiges eisenoxidhältiges Material in eine Verbindungs-Förderleitung von einer Aufgabevorrichtung zur Zuleitung für Kohlenstoffträger und für sauerstoffhaltige Gase in den Einschmelzvergaser. Dadurch wird eine dosierte und aufeinander abgestimmte Einbringung von eisenoxidhältigem Material, von Kohlenstoffträgern und sauerstoffhaltigem Gas ermöglicht.
Zur Erzeugung der beabsichtigten erhöhten Reduktionsgasmenge ist die zweite Zweigförderleitung für die Durchleitung von 10% bis 15% der Gesamtmenge des eingesetzten feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Materials ausgelegt.
Die dosierte Zugabe von aus vorzugsweise der ersten Vorreduktionsstufe abgesaugten und aufbereiteten Gichtgas zum aufbereiteten Reduktionsgas aus dem Einschmelzvergaser wird zweckmäßig dadurch erreicht, dass in die Reduktionsgas-Ableitung eine Heißentstaubungsanlage, vorzugsweise ein Heißgaszyklon, geschalten ist, dass in der Reduktionsgas-Ableitung eine Temperaturmesseinrichtung zur Erfassung der Reduktionsgastemperatur angeordnet ist und ausgangsseitig der CO2-Entfernungsanlage eine Gichtgasleitung mit einer Zulaufmengen-Regeleinrichtung zur Einstellung der Reduktionsgastemperatur in der zum Wirbelschichtreaktor der Endreduktionsstufe führenden Reduktionsgas-Ableitung mündet.
Die Einstellung der Reduktionsgastemperatur vor dem Eintritt in die Wirbelschichtreaktoren der Vorreduktionsstufen wird durchgeführt, indem zusätzlich zu den von Wirbelschichtreaktor zu Wirbelschichtreaktor führenden Reduktionsgas- Verbindungsleitungen und der zum Wirbelschichtreaktor führenden Reduktionsgas- Ableitung einzelne Reduktionsgas-Verbindungsleitungen zwischen der Reduktionsgas- Ableitung und den mindestens einem Wirbelschichtreaktor der Vorreaktionsstufe vorgesehen sind und diesen Reduktionsgas-Verbindungsleitungen Mengenreguliereinrichtungen zur dosierten Zumischung von Reduktionsgas zugeordnet sind.
Dem letzten der in Serie geschalteten Wirbelschichtreaktoren, in dem die Endreduktion des eisenoxidhältigen Materials erfolgt, ist neben einer Förderleitung zur Überleitung von Eisenschwamm in den Einschmelzvergaser eine zusätzliche Förderleitung zum Ausschleusen einer Teilmenge des Eisenschwammes zugeordnet, die zu einer Kühleinrichtung führt. Dieser ausgelagerte und auf Vorrat gelegte Eisenschwamm wird bei Betriebsunterbrechungen wieder eingesetzt. Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beispielhaft erläutert, wobei die Figur 1 eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung im Blockschema veranschaulicht.
Die erfindungsgemäße Anlage umfasst drei in Serie.geschaltete Wirbelschichtreaktoren 1 ,
2, 3 auf. Eisenoxidhältiges Material wird in Form von Feinerz von einer Erzaufgabevorrichtung 4 über eine Erzzuleitung 5 und eine Zweigförderleitung 5a dem ersten Wirbelschichtreaktor 1 zugeführt, in dem eine Vorwärmung des Feinerzes und eine erste Vorreduktion in der ersten Vorreduktionsstufe stattfindet. Anschließend erfolgt eine Weiterleitung des vorbehandelten Feinerzes über eine Förderleitungen 6a in den Wirbelschichtreaktor 2 und über eine weitere Förderleitung 6b in den Wirbelschichtreaktor
3. Im Wirbelschichtreaktor 2, der zweiten Vorreduktionsstufe, erfolgt eine weiterführende Vorreduktion des Feinerzes und im Wirbelschichtreaktor 3, der Endreduktionsstufe, erfolgt die Endreduktion des Feinerzes zu Eisenschwamm.
Eisenschwamm wird aus dem Wirbelschichtreaktor 3 ausgeschleust und über eine Förderleitung 7 in den Einschmelzvergaser 8 geleitet. Zur Steigerung der Reduktionsgasproduktion im Einschmelzvergaser 8 wird eisenoxidhältiges Material durch eine zweite Zweigförderleitung 5b direkt in den Einschmelzvergaser 8 eingesetzt. Diese Zweigförderleitung mündet in eine Verbindungsförderleitung 9 durch die Kohle von einer Aufgabevorrichtung 10 direkt in den Einschmelzvergaser 8 eingebracht wird. Gegebenenfalls wird Luft als Trägergas eingesetzt. Eine Teilmenge des produzierten Eisenschwammes wird über die Förderleitung 7a aus dem Wirbelschichtreaktor 3 abgezweigt und einer nicht näher dargestellten Kühleinrichtung zugeführt, dort abgekühlt und gelagert. Dieser Eisenschwamm wird in der Abfahrphase und während des Aufheizens der Wirbelschichtreaktoren wieder eingesetzt.
Im Einschmelzvergaser 8 wird in einer Einschmelzvergasungszone 8a aus Kohle und sauerstoffhaltigem Gas ein CO- und H2-hältiges Reduktionsgas erzeugt, das mit einer Reduktionsgas-Ableitung 12 aus dem Einschmelzvergaser abgezogen wird. Nach Durchströmen einer Heißentstaubungsanlage 13 wird der überwiegende Mengenanteil des solcherart aufbereiteten Reduktionsgases über Reduktionsgas-Verbindungsleitungen 14a im Gegenstrom zum Erzdurchfluss zuerst in und durch die Endreduktionsstufe des Wirbelschichtreaktors 3 und in weiterer Folge durch die Reduktionsgas- Verbindungsleitungen 14b und 14c in und durch die Wirbelschichtreaktoren 2 und 1 geleitet. Der in der Heißentstaubungsanlage 13 abgeschiedene Feinstaub wird über Rückführleitungen 15 wieder in den Einschmelzvergaser 8 eingebracht.
Das verbrauchte Reduktionsgas verlässt den Wirbelschichtreaktor 1 als Gichtgas durch die Gichtgasleitung 16a, durchströmt einen Gichtgas-Wäscher 17 und nach einem Verdichter 18 eine CO2-Entfernungsanlage 19. Ein Teilstrom des solcherart aufbereiteten Gichtgases wird durch die Gichtgasleitung 16b rückgeführt und dem Reduktionsgasstrom in der Reduktionsgas-Verbindungsleitung 14a kurz vor dem Eintritt in den Wirbelschichtreaktor 3 dosiert zugeführt. Mit einer Temperaturmesseinrichtung 20 wird die momentane Reduktionsgastemperatur in der Reduktionsgas-Verbindungsleitung 14a vor dem Eintritt in den Wirbelschichtreaktor 3 gemessen und die dosierte Zumischung des aufbereiteten Gichtgases aus der Gichtgasleitung 16b erfolgt in Abhängigkeit von der optimalen Reduktionsgastemperatur am Eintritt in den Wirbelschichtreaktor 3 durch ein Mengenreguliereinrichtung 21 in der Gichtgasleitung 16b.
Über eine Zweigleitung 22 kann ein Teilstrom frischen Reduktionsgases nach einer Waschung in einem Wäscher 23 in die Gichtgasleitung 16a vor einem Verdichter 18 eingespeist werden, wodurch die Betriebsbedingungen der CO2-Entfernungsanlage 19 verbessert werden.
Geringe Teilmengen des aufbereiteten Reduktionsgases aus dem Einschmelzvergaser 8 werden nicht durch den Wirbelschichtreaktor 3 der Endreduktionsstufe geleitet, sondern durch Reduktionsgas-Verbindungsleitungen 14d und 14e den Wirbelschichtreaktoren 2 und 1 der Vorreduktionsstufe unmittelbar zugeleitet. Die Reduktionsgas-Verbindungsleitung 14d mündet in die Reduktionsgas-Verbindungsleitung 14b knapp vor der Einmündung in den Wirbelschichtreaktor 2 und die Reduktionsgas-Verbindungsleitung 14e mündet in die Reduktionsgas-Verbindungsleitung 14c knapp vor der Einmündung in den Wirbelschichtreaktor 1. Durch die Zumischung von frischem Reduktionsgas zu dem zumindest durch das Durchströmen eines Wirbelschichtreaktors bereits teilverbrauchten Reduktionsgases wird sowohl die Qualität des Reduktionsgases als auch dessen Eintrittstemperatur in den jeweiligen Wirbelschichtreaktor 1 oder 2 entsprechend angehoben, wodurch der Vorreduktionsgrad verbessert wird. Zur dosierten Zumischung des frischen Reduktionsgases ist den Reduktionsgas-Verbindungsleitungen 14d, 14e ebenfalls eine Mengenreguliereinrichtung 21 und gegebenenfalls den Reduktionsgas- Verbindungsleitungen 14d, 14e zur genaueren Regelung der Zumischung eine Temperaturmesseinrichtung 20 zugeordnet. In den Einschmelzvergaser 8 münden eine oder mehrere Förderleitungen 9 für feste Kohlenstoffträger und eine Luftleitung für sauerstoffhaltige Gase. Im Einschmelzvergaser 8 sammelt sich unterhalb der Einschmelzvergasungszone 8a schmelzflüssiges Roheisen bzw. schmelzflüssiges Stahlvormaterial und schmelzflüssige Schlacke, die über Abstiche 23, 24 abgestochen werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten aus feinteilchenförmigem eisenoxidhältigem Material, wobei feinteilchenförmiges eisenoxidhältiges Material mit Hilfe eines Reduktionsgases in mindestens einer Vorreduktionsstufe vorreduziert und anschließend in einer Endreduktionsstufe zu Eisenschwamm reduziert wird, der Eisenschwamm in einer Einschmelzvergasungszone unter Zufuhr von Kohlenstoffträgern und sauerstoffhaltigem Gas erschmolzen und ein CO- und H2-hältiges Reduktionsgas erzeugt wird, welches in die Endreduktionsstufe eingeleitet, dort umgesetzt, abgezogen, anschließend in mindestens eine Vorreduktionsstufe eingeleitet, dort umgesetzt und abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mengenanteil des feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Materials über mindestens eine Vorreduktionsstufe und eine Endreduktionsstufe in eine Einschmelzvergasungszone und ein weiterer Mengenanteil des feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Materials direkt oder gemeinsam mit den Kohlenstoffträgern und dem sauerstoffhaltigen Gas in die Einschmelzvergasungszone eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der direkt oder gemeinsam mit den Kohlenstoffträgern und dem sauerstoffhaltigen Gas in die Einschmelzvergasungszone eingebrachte Mengenanteil des feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Materials 10% bis 20% der Gesamtmenge des eingesetzten feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Materials beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschmelzvergasungszone Kohlenstoffträger und sauerstoffhaltiges Gas in einer Menge zugeführt werden, damit der Anteil an CO2 im die
Einschmelzvergasungszone verlassenden Reduktionsgas in einem Bereich von 4% bis 9%, vorzugsweise in einem Bereich von weniger als 6 %, liegt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Einschmelzvergasungszone austretende Reduktionsgas einer Heißentstaubung unterzogen wird und nachfolgend der Endreduktionsstufe und vorzugsweise allen Vorreduktionsstufen mit einer erhöhten spezifischen Reduktionsgasmenge zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem aufbereiteten Reduktionsgas nach der Heißentstaubung eine Teilmenge von mindestens 70 % der Endreduktionsstufe und eine Teilmenge von bis zu 30 % unmittelbar den Vorreduktionsstufen zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass 5 % bis 15 %, vorzugsweise etwa 10 %, des aufbereiteten Reduktionsgases dem die Endreduktionsstufe verlassenden Reduktionsgas vor dem Eintritt in die vorgelagerte Vorreduktionsstufe zugemischt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aufbereitete Reduktionsgas nach der Heißentstaubung auf eine höhere Temperatur eingestellt wird, als dies für die Fertigreduktion des feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Materials in der Endreduktionsstufe notwendig ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das aufbereitete Reduktionsgas nach der Heißentstaubung auf eine Temperatur von 8200C bis 9200C, vorzugsweise auf eine Temperatur von 880°C eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feineinstellung der Reduktionsgastemperatur für die Endreduktionsstufe durch dosierte Zugabe des aus der vorzugsweise ersten Vorreduktionsstufe abgezogenen und aufbereiteten Gichtgas erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des in der Endreduktionsstufe hergestellten Eisenschwamms ausgeschleust und abgekühlt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilmenge von etwa 5 % bis 15 %, vorzugsweise etwa 10%, der erzeugten Gesamtmenge an Eisenschwamm aus der Endreduktionsstufe ausgeschleust und abgekühlt wird.
12. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , mit mindestens zwei hintereinander in Serie geschalteten Wirbelschichtreaktoren (1 , 2, 3), wobei feinteilchenförmiges eisenoxidhältiges Material von Wirbelschichtreaktor zu Wirbelschichtreaktor über Förderleitungen (5, 5a, 6a, 6b) in einer Richtung und das Reduktionsgas von Wirbelschichtreaktor zu Wirbelschichtreaktor über Reduktionsgas-Verbindungsleitungen (14a, 14b, 14c) in die entgegengesetzte Richtung geführt ist, und mit einem Einschmelzvergaser (8), in den eine den Eisenschwamm aus dem in Fließrichtung des feiteilchenförmigen eisenoxidhältigen Materials letztangeordneten Wirbelschichtreaktor (3) führenden Förderleitung (7) mündet, der eine Zuleitung (9) für Kohlenstoffträger und eine Zuleitung (11) für sauerstoffhaltige Gase, sowie Abstiche (23, 24) für Roheisen bzw. Stahlvormaterial und Schlacke, sowie eine in den in Fließrichtung des eisenoxidhältigen Materials letztangeordneten Wirbelschichtreaktor (3) mündende Reduktionsgas-Ableitung (12) für im Einschmelzvergaser gebildetes Reduktionsgas aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Zweigförderleitung (5a) für einen Mengenanteil des feinteilchenförmiges eisenoxidhältiges Material durch eine Förderleitung (6a, 6b) von Wirbelschichtreaktor zu Wirbelschichtreaktor und eine anschließende Förderleitung (7) zum Einschmelzvergaser gebildet ist und eine zweite Zweigförderleitung (5b) für einen weiteren Mengenanteil des feinteilchenförmiges eisenoxidhältiges Material durch eine Verbindungs-Förderleitung von einer Aufgabevorrichtung (4) direkt in den Einschmelzvergaser (8) gebildet ist.
13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zweigförderleitung (5b) für den weiteren Mengenanteil des feinteilchenförmiges eisenoxidhältiges Material eine Verbindungs-Förderleitung (9) von einer Aufgabevorrichtung (10) zur Zuleitung für Kohlenstoffträger und eine Verbindungsleitung (11) für sauerstoffhaltige Gase zum Einschmelzvergaser umfasst.
14. Anlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zweigförderleitung (5b) für die Durchleitung von 10% bis 15% der Gesamtmenge des eingesetzten feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Materials ausgelegt ist.
15. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in die Reduktionsgas-Ableitung (12) eine Heißentstaubungsanlage (13), vorzugsweise ein Heißgaszyklon, geschalten ist, dass in der Reduktionsgas-Ableitung (14a) eine Temperaturmesseinrichtung (20) zur Erfassung der Reduktionsgastemperatur angeordnet ist und ausgangsseitig der CO2-Entfernungsanlage (19) eine Gichtgasleitung (16b) mit einer Zulaufmengen-Regeleinrichtung (21) zur Einstellung der Reduktionsgastemperatur in der zum Wirbelschichtreaktor (3) der Endreduktionsstufe führenden Reduktionsgas-Ableitung (14a) mündet.
16. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den von Wirbelschichtreaktor zu Wirbelschichtreaktor führenden Reduktionsgas-Verbindungsleitungen (14b, 14c) und der zum Wirbelschichtreaktor führenden Reduktionsgas-Ableitung (14a) einzelne Reduktionsgas-Verbindungsleitungen (14d, 14e) zwischen der Reduktionsgas-Ableitung (14a) und den mindestens einem Wirbelschichtreaktor (1, 2) der Vorreaktionsstufe vorgesehen sind und diesen Reduktionsgas- Verbindungsleitungen (14d, 14e) Mengenreguliereinrichtungen (21) zur dosierten Zumischung von Reduktionsgas zugeordnet sind.
17. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass dem letzten der in Serie geschalteten Wirbelschichtreaktoren (3) neben einer Förderleitung (7) zur Überleitung von Eisenschwamm in den Einschmelzvergaser (9) eine zusätzliche Förderleitung (7a) zum Ausschleusen einer Teilmenge des Eisenschwammes zugeordnet ist, die zu einer Kühleinrichtung führt.
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