EP4669779A1 - Verfahren zum betreiben einer direktreduktionsanlage - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer direktreduktionsanlage

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Publication number
EP4669779A1
EP4669779A1 EP24706005.6A EP24706005A EP4669779A1 EP 4669779 A1 EP4669779 A1 EP 4669779A1 EP 24706005 A EP24706005 A EP 24706005A EP 4669779 A1 EP4669779 A1 EP 4669779A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
direct reduction
threshold value
reducing gas
predefined threshold
iron ore
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24706005.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Jonas Fabry
Marius GROSSARTH
Cem SAHIN
Daniel Schubert
Matthias Weinberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP4669779A1 publication Critical patent/EP4669779A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/02—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in shaft furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/24—Test rods or other checking devices

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a direct reduction plant.
  • a heterogeneous reaction takes place between the iron ore carriers and the reducing gas, during which oxygen is removed from the iron ore.
  • the reaction takes place below the melting point of the iron ore, so that the external shape of the ores remains unchanged. Since the removal of oxygen results in a weight reduction of around 1/4 to 1/3, the reaction product has a honeycomb-shaped microstructure (solid, porous iron with many air-filled spaces). For this reason, direct reduced iron is often also referred to as sponge iron.
  • a shaft furnace is traditionally used as a reactor with a reduction zone through which the iron ore carrier passes against the direction of the reducing gas.
  • the reduction zone is arranged above a cooling zone in the shaft furnace, with a cooling gas flowing through the cooling zone.
  • the iron ore carrier then passes through the shaft furnace in a vertical direction from top to bottom.
  • Such shaft furnaces enable a good flow of reducing gas and optional cooling gas through the iron ore carriers due to the underlying chimney effect.
  • the reducing gas flows through the reduction zone against the direction of movement of the iron ore carrier.
  • the cooling gas also flows through the cooling zone against the direction of movement of the sponge iron produced.
  • the countercurrent principle is therefore used in both the reduction zone and the optional cooling zone in order to achieve an efficient reaction between the gases and the solids.
  • Carbon monoxide or hydrogen or a mixed gas comprising carbon monoxide and hydrogen is used as the reducing gas.
  • This reducing gas (mixture) is fed to the direct reduction plant in a hot state in which iron ore carriers are reduced.
  • Sticking or plating is an uncontrolled caking and agglomeration of the iron ore carriers without mechanical pressure or under mechanical pressure, which can lead to problems with increasing reduction gas temperatures but also with increasing hydrogen contents, see article “Sticking of iron ore pellets in direct reduction with hydrogen and carbon monoxide: Behavior and prevention”, DOI: 10.1007/S11771-014-1968-6. It also suggests Coating iron ore carriers to reduce sticking/plating in the reduction process, which however leads to a slowing down of the reduction and additional slag in the smelting process.
  • the object of the present invention is to ensure optimal operation and/or to detect possible sticking/plating in good time in order to essentially avoid resulting malfunctions.
  • the first teaching thus relates to a method for operating a direct reduction plant in which iron ore carriers are heated and reduced to sponge iron using a hot reducing gas. At least one parameter is recorded which indicates that sticking is occurring or is occurring and/or that there is a deviation from the process target specifications if it falls below or exceeds a predefined threshold value.
  • the invention relates to a direct reduction plant with a shaft furnace for the direct reduction of iron ore carrier to sponge iron and means for feeding in hot reduction gas. At least one means for recording parameters is provided, with which, if a predefined threshold value is exceeded or not reached, an indication is given of sticking that is occurring or is occurring and/or of a deviation from the target process specifications.
  • a direct reduction plant is particularly monitored after it has been put into operation.
  • the plant is set to be economical during start-up and ramp-up. Every change, for example the temperature of the reducing gas, the composition of the reducing gas, the quality/composition of the iron ore carriers, to name just three possible criteria that influence the process, should be set to an optimal operating mode.
  • a corresponding operating profile can be derived and with it parameters that are optimal in a certain process window, and if a predefined threshold is exceeded or not reached, countermeasures should be initiated in order to return the operating mode to the optimal range and/or to reduce or avoid sticking/plating.
  • the hot reducing gas is heated to a temperature between 500 and 1100 °C.
  • the temperature of the hot reducing gas can be in particular 600 °C, preferably at least 700 °C, preferably at least 800 °C.
  • the feed can take place without additional exposure and thus afterburning with oxygen, i.e. this ensures that the hydrogen is fully used for the reduction of the iron ore carrier and the process can therefore be operated more economically.
  • Very high hydrogen contents do not have to be heated to such high temperatures, since the reduction of the iron ore, cf. Baur-Glvessner diagram, can take place at low temperatures.
  • the temperature can be reduced in particular to a maximum of 1050 °C, preferably to a maximum of 1000 °C, preferably to a maximum of 950 °C.
  • a degree of metallization of at least 70%, in particular 75%, preferably at least 80%, preferably at least 85% and particularly preferably 90% is aimed for in the direct reduction process.
  • Iron ore carriers can be provided in the form of sinter, pelite and/or iron lump ore.
  • the at least one parameter can be recorded in the form of a vibration.
  • the at least one means for recording the parameters comprises at least one vibration sensor. Every system that is in operation or in operation, including a direct reduction system, generates vibrations that can be measured using vibration sensors or structure-borne sound sensors, for example. In optimal or normal operation, a direct reduction system also "vibrates" in a specific frequency range that is typical for the system. In particular, the vibration sensor(s) used should not have a resonance frequency in the "typical" frequency range of the direct reduction system.
  • the vibration sensors can be installed, for example, in the area of the reduction zone of the shaft furnace and/or at other locations where the information can be picked up. This can be determined by trial and error.
  • the at least one parameter can be recorded in the form of sound.
  • the at least one means for recording the parameters comprises at least one sound pressure sensor. Every system that is in operation or in operation, including a direct reduction system, generates not only vibrations but also sound, which can be measured using sound pressure sensors, for example. In optimal or normal operation, a direct reduction system also generates a specific sound pressure that is typical for the system.
  • the sound pressure sensors can be provided, for example, in the area of the reduction zone of the shaft furnace and/or at other locations where the information can be picked up. This can be determined by trial and error. If there is a deviation from the typical sound pressure, i.e. if a predefined threshold value is exceeded or not reached, particularly for a longer period of time, this can be an indication of an incipient problem in the direct reduction system.
  • the functional principle of a sound pressure measurement is known to experts.
  • the at least one parameter can be detected in the form of a current flow.
  • the at least one means for detecting the pa- parameter comprises at least two electrodes.
  • the at least two electrodes are distributed in the direct reduction plant using the example of a shaft furnace on the circumference, in particular in the area of the reduction zone, preferably in the area of the feed of the hot reduction gas or above, and are polarized differently. They are in contact with the iron ore carriers, which are also in contact with each other. Due to the partially metallized iron ore carriers contacting each other, whereby the metallization can initially begin on the surface and progress inwards, as described, an electrical circuit can be formed and an electrical current flow can be generated as a result, which can be detected by means of current measurement.
  • the at least two electrodes can, for example, be arranged inside the shaft furnace on the wall on the circumference, in particular integrated within or on a refractory lining, whereby there should be contact with the iron ore carrier passing through.
  • the electrodes are preferably arranged partially protruding within the lining in the reduction zone.
  • the electrodes can be made of steel plates or electrically conductive ceramics.
  • a certain current flow or measurable electrical resistance prevails. If there is a deviation from the typical current flow or electrical resistance, i.e. if a predefined threshold value is exceeded or not reached, particularly over a longer period of time, this can be an indication of an incipient problem in the direct reduction plant.
  • the principle of current flow or resistance measurement is well known in the specialist world.
  • At least one of the following countermeasures must be initiated in order to essentially avoid a particularly longer disruption, in the worst case a standstill:
  • composition of the reducing gas at least temporarily, in particular by adding or omitting its carbon-containing components; to change the composition (mixture) of the iron ore carriers, in particular by adding or omitting sinter and/or pelites and/or iron ore/lump ore, at least temporarily.
  • a temporary reduction in the temperature of the reducing gas or a temporary reduction in the flow rate of the hot reducing gas temporarily lowers or reduces the energy required to convert the iron ore carrier into sponge iron and thus also influences the degree of metallization.
  • a temporary increase in the output of the sponge iron can reduce (further) solid bonding of the individual iron ore carriers/sponge iron to one another. The countermeasures can be maintained until the parameter(s) has returned to the normal range and thus essentially reached the optimal process window.
  • FIG 1 the invention is explained using the example of a direct reduction plant comprising a shaft furnace (10).
  • iron ore carrier (io) is heated and reduced to sponge iron (si) by means of a hot reducing gas (12).
  • Iron ore carrier in the form of, for example, lump iron ore (io) is introduced at the upper end of the shaft furnace (10).
  • the sponge iron (si) produced is removed at the lower end of the shaft furnace (10).
  • a reduction zone (11) and optionally a cooling zone (14) are arranged in the shaft furnace (10).
  • the reduction zone (11) is arranged above the optional cooling zone (14).
  • the cooling zone (14) is not absolutely necessary if hot use of the hot sponge iron (si) immediately leaving the reduction zone (11) is possible, for example by melting the sponge iron (si) in a suitable smelter (not shown) or by feeding it to a briquetting plant (not shown) for producing so-called and known “hot DRI”.
  • the reducing gas (12) as well as the optional cooling gas (15) flow through the iron ore carrier in the reduction zone (11) and the sponge iron in the optional cooling zone (14) in countercurrent, thus against a direction of movement of the iron ore carrier (io) or sponge iron.
  • the reducing gas (12) is heated to a temperature of at least 500 and up to 1100 °C before being fed into a heater/reformer (not shown).
  • the reducing gas (12) can have a high hydrogen content of up to 100% hydrogen.
  • Process gas (13) may consist of, among other things, unused reducing gas and unavoidable
  • At least one parameter is recorded which can provide conclusions about the circumstances by ensuring that a predefined threshold value is not exceeded or undershot.
  • the parameters can be recorded using means (17) which are arranged or provided, for example, in the section of the reduction zone (11), in particular in the area or above the feed of the hot reduction gas (12). Other locations can also be considered and can be determined by appropriate tests.
  • the at least one parameter can be recorded in the form of a vibration, for example.
  • the at least one means (17) for recording the parameters comprises at least one vibration sensor (20).
  • the at least one parameter can be recorded in the form of a sound, for example.
  • the at least one means for recording the parameters comprises at least one sound pressure sensor (19), see Figure 2, which shows an enlarged, schematic representation of the means (17) from Figure 1.
  • a specific frequency range or one typical for the direct reduction plant oscillates and/or generates a specific sound pressure or one typical for the direct reduction plant, which is processed into signals using suitable means (not shown), which can be displayed in the control center for monitoring, for example, and/or made available to an automation system for monitoring. If there is a deviation from the typical frequency range and/or sound pressure, i.e. if a predefined threshold value is exceeded or not reached, in particular for a longer period of time, this can be an indication of an incipient problem in the direct reduction plant.
  • the at least one parameter can be recorded, for example, in the form of a current flow/resistance.
  • the at least one means for recording the parameters comprises at least two electrodes (18), see Figure 3, which shows an enlarged, schematic representation of the means (17) from Figure 1.
  • the at least two electrodes (18) are in contact with the already partially metallized iron ore carriers passing through, so that an electrical current flow/resistance can be measured. If the typical current flow/resistance deviates by exceeding or falling below a predefined threshold value, in particular for a longer period of time, this may be an indication of an incipient problem in the direct reduction plant.
  • appropriate countermeasures must be taken by initiating at least one of the following countermeasures: - at least temporarily lowering the temperature at which the reducing gas (12) is heated; - at least temporarily increasing the discharge quantity of the sponge iron (si); - at least temporarily reducing the flow rate of the hot reducing gas (12); - at least temporarily changing the composition of the reducing gas (12) by adding or omitting carbon-containing components; - at least temporarily changing the composition (mixture) of the iron ore carriers by, for example, adding or omitting sinter and/or pelites and/or iron ore/lump ore.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Direktreduktionsanlage nach Anspruch 1.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Direktreduktionsanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Direktreduktionsanlage.
Beim Direktreduktionsverfahren findet eine heterogene Reaktion zwischen den Eisenerzträgern und dem Reduktionsgas statt, bei der Sauerstoff aus dem Eisenerz entfernt wird. Die Reaktion findet unterhalb des Schmelzpunktes des Eisenerzes statt, sodass die äußere Form der Erze unverändert bleibt. Da es bei der Entfernung von Sauerstoff zu einer Gewichtsreduktion von etwa 1/4 bis 1/3 kommt, ergibt sich eine wabenförmige Mikrostruktur des Reaktionsproduktes (festes poröses Eisen mit vielen luftgefüllten Zwischenräumen). Daher wird das direktreduzierte Eisen („direct reduced iron“) häufig auch als Eisenschwamm („sponge iron“) bezeichnet. Klassisch wird beim Direktreduktionsverfahren ein Schachtofen als Reaktor mit einer Reduktionszone verwendet, welche der Eisenerzträger entgegen dem Reduktionsgas durchläuft. Bei einer speziellen Variante des Verfahrens ist die Reduktionszone oberhalb einer Kühlzone im Schachtofen angeordnet, wobei die Kühlzone mit einem Kühlgas durchströmt wird. Der Eisenerzträger durchläuft dann den Schachtofen in vertikaler Richtung von oben nach unten. Derartige Schachtöfen ermöglichen eine gute Durchströmung der Eisenerzträger mit Reduktionsgas und optionalem Kühlgas aufgrund des zugrundeliegenden Kamineffektes. Insbesondere durchströmt das Reduktionsgas die Reduktionszone entgegen einer Bewegungsrichtung des Eisenerzträgers. Entsprechend durchströmt das Kühlgas die Kühlzone ebenfalls entgegen einer Bewegungsrichtung des erzeugten Eisenschwamms. Sowohl in der Reduktionszone als auch in der optionalen Kühlzone wird demnach das Gegenstromprinzip eingesetzt, um eine effiziente Reaktion zwischen den Gasen und den Feststoffen zu erreichen.
Als Reduktionsgas werden Kohlenstoffmonoxid oder Wasserstoff oder ein Mischgas umfassend Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff verwendet. Dieses Reduktionsgas(gemisch) wird der Direktreduktionsanlage im heißen Zustand zugeführt, in welchem Eisenerzträger reduziert werden.
Die Verwendung von hochwertigen/stückigen Eisenerzträgern, und insbesondere mit zunehmendem Metallisierungsgrad, neigen zum sogenannten „Sticking“ bzw. „Plating“. Sticking bzw. Plating ist ein unkontrolliertes Verbacken und Agglomerieren der Eisenerzträger ohne mechanischen Druck bzw. unter mechanischen Druck, welche mit steigenden Reduktionsgastemperaturen aber auch mit zunehmenden Wasserstoff-Gehalten zu Störungen führen können, vgl. Artikel „Sticking of iron ore pellets in direct reduction with hydrogen and carbon monoxide: Behavior and prevention“, DOI: 10.1007/S11771-014-1968-6. Darin ist auch vorgeschlagen, den Eisenerzträger zu beschichten, um Sticking/Plating im Reduktionsprozess zu reduzieren, was jedoch zu einer Verlangsamung der Reduktion und zu zusätzlicher Schlacke beim Schmelzprozess führt.
Wenn Sticking/Plating auftritt, kann dies verzögert zum einen durch einen reduzierten Eisen- schwamm-Austrag und zum anderen durch eine schlechtere Permeabilität beobachtet werden, so dass eine Einleitung von Gegenmaßnahmen damit zu spät erfolgen könnte. Eine frühzeitige Erkennung von Sticking wäre daher wünschenswert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optimale Betriebsweise sicherzustellen und/oder mögliches Sticking/Plating rechtzeitig zu erkennen, um daraus resultierende Störfälle im Wesentlichen zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Direktreduktionsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Die erste Lehre betrifft somit ein Verfahren zum Betreiben einer Direktreduktionsanlage, in welcher Eisenerzträger zu Eisenschwamm mittels eines heißen Reduktionsgases erwärmt und reduziert werden. Mindestens ein Parameter wird erfasst, welcher bei Unter- oder Überschreiten eines vordefinierten Schwellwertes auf ein eintretendes oder auftretendes Sticking und/oder auf ein Abweichen von Prozess-Soll-Vorgaben hinweist.
Gemäß einer zweiten Lehre betrifft die Erfindung eine Direktreduktionsanlage mit einem Schachtofen zur Direktreduktion von Eisenerzträger zu Eisenschwamm und Mittel zum Einspeisen von heißem Reduktionsgas. Mindestens ein Mittel zur Erfassung von Parametern ist vorgesehen, mit welchen bei Unter- oder Überschreiten eines vordefinierten Schwellwertes auf ein eintretendes oder auftretendes Sticking und/oder auf ein Abweichen von Prozess-Soll-Vorga- ben hingewiesen wird.
Um Missstände im laufenden Betrieb und somit ein Abweichen von Prozess-Soll-Vorgaben und/oder ein eintretendes oder auftretendes Sticking/Plating früh- respektive rechtzeitig erkennen zu können, haben die Erfinder herausgefunden, dass mindestens ein Parameter erfasst werden kann, welcher Rückschlüsse auf nachteilige Umstände und damit zu möglichen unerwünschten Störungen geben kann, indem ein vordefinierter Schwellwert nicht unter- oder überschritten werden darf. Eine Direktreduktionsanlage wird insbesondere nach ihrer Inbetrieb- nähme und Hochlauf auf Wirtschaftlichkeit eingestellt. Jede Veränderung, beispielsweise die Temperatur des Reduktionsgases, die Zusammensetzung des Reduktionsgases, die Quali- tät/Zusammensetzung der Eisenerzträger, um nur beispielhaft drei mögliche den Prozess beeinflussende Kriterien zu nennen, sollte auf eine optimale Betriebsweise eingestellt werden. Bleiben die Prozess-Soll-Vorgaben beständig, kann ein entsprechendes Betriebsprofil abgeleitet werden und damit einher auch Parameter, die in einem bestimmten Prozessfenster optimal sind, und bei Über- oder Unterschreiten eines vordefinierten Schwellwertes, Gegenmaßnahmen eingeleitet werden sollten, um die Betriebsweise wieder in den optimalen Bereich zu führen und/oder Sticking/Plating zu reduzieren respektive zu vermeiden.
Das heiße Reduktionsgas wird auf eine Temperatur zwischen 500 und 1100 °C erwärmt. Die Temperatur des heißen Reduktionsgases kann insbesondere 600 °C, vorzugsweise mindestens 700 °C, bevorzugt mindestens 800 °C betragen. Bei einem Einspeisen von (im Wesentlichen 100 %) Wasserstoff kann eine Einspeisung ohne insbesondere zusätzliche Beaufschlagung und somit Nachverbrennung mit Sauerstoff erfolgen, sprich, dass dadurch die vollständige Nutzung des Wasserstoffs für die Reduktion des Eisenerzträgers gewährleistet und dadurch das Verfahren wirtschaftlicher betrieben werden kann. Sehr hohe Wasserstoffanteile müssen nicht auf so hohe Temperaturen erwärmt werden, da die Reduktion des Eisenerzes, vgl. Baur-Glässner-Dia- gramm, bei niedrigen Temperaturen stattfinden kann. Die Temperatur kann insbesondere auf maximal 1050 °C, vorzugsweise auf maximal 1000 °C, bevorzugt auf maximal 950 °C verringert werden.
Beim Reduzieren vom Eisenerzträger zu Eisenschwamm nimmt das elementare Eisen zu und lässt sich durch den Metallisierungsgrad beschreiben: Metallisierungsgrad [%] = 100 * Fe elementar [%] / Fe total [%]■ Aufgrund des Kontakts der Eisenerzträgeroberfläche mit dem heißen Reduktionsgas beginnen die Reaktionsvorgänge und letztendlich das Metallisieren von außen nach innen. Eine vollständige Reduktion, sprich ein Metallisierungsgrad von 100 % ist zwar theoretisch möglich, in der Praxis spielt die Wirtschaftlichkeit eine wichtige Rolle und somit die Zeit für das Reduzieren, so dass ein Metallisierungsgrad bis zu 100 %, insbesondere eher bis zu 98 % angestrebt wird. Je höher der Metallisierungsgrad, desto höher die Neigung zu Sticking. Ein Metallisierungsgrad von mindestens 70 %, insbesondere 75 %, vorzugsweise mindestens 80 %, bevorzugt mindestens 85 % und besonders bevorzugt 90 % wird im Direktreduktionsprozess angestrebt. Eisenerzträger können in Form von Sinter, Pelites und/oder Eisen-ZStückerz bereitgestellt werden.
Der mindestens eine Parameter kann gemäß einer Ausgestaltung in Form einer Schwingung erfasst werden. Das mindestens eine Mittel zur Erfassung der Parameter umfasst mindestens einen Schwingungssensor. Jede in Betrieb genommene respektive befindliche Anlage, so auch eine Direktreduktionsanlage, erzeugt Schwingungen, welche beispielsweise mittels Schwingungssensoren bzw. Körperschallsensoren messbar sind. Bei einer optimalen bzw. normalen Betriebsweise „schwingt“ eine Direktreduktionsanlage auch in einem bestimmten bzw. für die Anlage typischen Freguenzbereich. Insbesondere sollten der oder die verwendeten Schwingungssensoren keine Resonanzfreguenz im „typischen“ Freguenzbereich der Direktreduktionsanlage aufweisen. Die Schwingungssensoren können beispielsweise im Bereich der Reduktionszone des Schachtofens angebracht werden und/oder an weiteren Stellen, an welchen die Informationen abgegriffen werden können. Diese können mittels „trial and error“-Versuch bestimmt werden. Mit einem Abweichen vom typischen Freguenzbereich, sprich einem Über- oder Unterschreiten eines vordefinierten Schwellwertes, insbesondere für einen längeren Zeitraum, kann dies ein Hinweis auf einen beginnenden Missstand in der Direktreduktionsanlage sein. Das Funktionsprinzip einer Schwingungs- bzw. Körperschallmessung ist der Fachwelt bekannt.
Der mindestens eine Parameter kann gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung in Form eines Schalls erfasst werden. Das mindestens eine Mittel zur Erfassung der Parameter umfasst mindestens einen Schalldrucksensor. Jede in Betrieb genommene respektive befindliche Anlage, so auch eine Direktreduktionsanlage, erzeugt neben Schwingungen auch Schall, welcher beispielsweise mittels Schalldrucksensoren messbar ist. Bei einer optimalen bzw. normalen Betriebsweise erzeugt eine Direktreduktionsanlage auch einen bestimmten bzw. für die Anlage typischen Schalldruck. Die Schalldrucksensoren können beispielsweise im Bereich der Reduktionszone des Schachtofens vorgesehen werden und/oder an weiteren Stellen, an welchen die Informationen abgegriffen werden können. Diese können mittels „trial and error“-Ver- such bestimmt werden. Mit einem Abweichen vom typischen Schalldruck, sprich einem Überoder Unterschreiten eines vordefinierten Schwellwertes, insbesondere für einen längeren Zeitraum, kann dies ein Hinweis auf einen beginnenden Missstand in der Direktreduktionsanlage sein. Das Funktionsprinzip einer Schalldruckmessung ist der Fachwelt bekannt.
Der mindestens eine Parameter kann gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung in Form eines Stromflusses erfasst werden. Das mindestens eine Mittel zur Erfassung der Pa- rameter umfasst mindestens zwei Elektroden. Die mindestens zwei Elektroden sind in der Direktreduktionsanlage am Beispiel eines Schachtofens am Umfang, insbesondere im Bereich der Reduktionszone, vorzugsweise im Bereich der Einspeisung des heißen Reduktionsgases oder darüber, verteilt angeordnet und sind unterschiedlich gepolt. Sie stehen in Kontakt mit den Eisenerzträgern, welche ebenfalls untereinander in Kontakt stehen. Aufgrund der teilmetallisierten, wobei die Metallisierung zunächst oberflächig beginnen kann und nach innen, wie beschrieben, fortschreitet, kontaktierenden Eisenerzträger kann ein Stromkreis gebildet werden und dadurch ist ein elektrischer Stromfluss erzeugbar, welcher mittels Strommessung erfassbar ist. Die mindestens zwei Elektroden können beispielsweise innerhalb des Schachtofens an der Wandung am Umfang angeordnet sein, insbesondere innerhalb oder an einer feuerfesten Ausmauerung integriert, wobei ein Kontakt zu dem durchlaufenden Eisenerzträger bestehen soll. Vorzugsweise sind die Elektroden zum Teil vorstehend innerhalb der Ausmauerung in der Reduktionszone angeordnet. Um den rauen Bedingungen standzuhalten, können die Elektroden aus Stahlplatten oder aber auch als elektrisch leitfähigen Keramiken bestehen. Bei einer optimalen bzw. normalen Betriebsweise herrscht ein bestimmter Stromfluss bzw. messbarer elektrischer Widerstand vor. Mit einem Abweichen vom typischen Stromfluss bzw. elektrischen Widerstand, sprich einem Über- oder Unterschreiten eines vordefinierten Schwellwertes, insbesondere für einen längeren Zeitraum, kann dies ein Hinweis auf einen beginnenden Missstand in der Direktreduktionsanlage sein. Das Prinzip einer Stromfluss- bzw. Widerstandsmessung ist der Fachwelt bekannt.
Treten Missstände auf, so dass die Parameter für einen längeren Zeitraum, beispielsweise für mindestens 2 min, insbesondere für mindestens 3 min, vorzugsweise für mindestens 4 min, bevorzugt für mindestens 5 min einen vorderfierten Schwellwert über- oder unterschreiten, ist, um eine insbesondere längere Störung, im schlimmsten Fall einen Stillstand, im Wesentlichen zu vermeiden, mindestens eine der folgenden genannten Gegenmaßnahmen einzuleiten:
- die Temperatur, mit welcher das Reduktionsgas erwärmt wird, zumindest temporär zu senken;
- die Austragsmenge zumindest temporär zu erhöhen;
- die Durchflussmenge des heißen Reduktionsgases zumindest temporär zu reduzieren;
- die Zusammensetzung des Reduktionsgases insbesondere durch Zugabe oder Weglassen hinsichtlich ihrer kohlenstoffhaltigen Bestandteile zumindest temporär zu ändern; die Zusammensetzung (Mischung) der Eisenerzträger insbesondere durch Zugabe oder Weglassen von Sinter und/oder Pelites und/oder Eisen-/Stückerz zumindest temporär zu ändern.
Eine temporäre Senkung der Temperatur des Reduktionsgases aber auch eine temporäre Reduzierung der Durchflussmenge des heißen Reduktionsgases senkt bzw. reduziert temporär die Energie zur Umwandlung des Eisenerzträgers zu Eisenschwamm und hat damit auch Einfluss auf den Metallisierungsgrad. Eine temporäre Erhöhung des Austrags des Eisenschwamms kann eine (weitere) Feststoffbindung der einzelnen Eisenerzträger/Eisenschwamm untereinander reduzieren. Die Gegenmaßnahmen können soweit aufrecht erhalten werden, bis der oder die Parameter wieder den normalen Bereich und damit im Wesentlichen optimale Prozessfenster erreicht hat.
Näher erläutert wird die Erfindung anhand der folgenden Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
In Figur 1 wird die Erfindung am Beispiel einer Direktreduktionsanlage umfassend einen Schachtofen (10) erläutert. In der Direktreduktionsanlage wird Eisenerzträger (io) zu Eisenschwamm (si) mittels eines heißen Reduktionsgases (12) erwärmt und reduziert. Eisenerzträger in Form von beispielsweise Stück-/Eisenerz „iron ore“ (io) wird am oberen Ende des Schachtofens (10) eingebracht. Am unteren Ende des Schachtofens (10) wird der erzeugte Eisenschwamm „sponge iron“ (si) entnommen. Im Schachtofen (10) ist eine Reduktionszone (11) und optional eine Kühlzone (14) angeordnet. Die Reduktionszone (11) ist dabei oberhalb der optionalen Kühlzone (14) angeordnet. Die Kühlzone (14) ist nicht zwingend erforderlich, wenn ein Heißeinsatz des unmittelbar die Reduktionszone (11) verlassenden heißen Eisenschwamms (si) möglich ist, beispielsweise indem der Eisenschwamm (si) in einem geeigneten nicht dargestellten Einschmelzer erschmolzen wird oder einer nicht dargestellten Brikettierungsanlage zur Herstellung von sogenanntem und bekanntem „Hot-DRI“ zugeführt werden kann. Das Reduktionsgas (12) wie auch das optionale Kühlgas (15) durchströmen den in der Reduktionszone (11) befindlichen Eisenerzträger und den in der optionalen Kühlzone (14) befindlichen Eisenschwamm im Gegenstromprinzip, somit entgegen einer Bewegungsrichtung des Eisenerzträgers (io) bzw. Eisenschwamm. Das Reduktionsgas (12) wird vor dem Einspeisen in nicht dargestelltem Erhitzer/Reformer auf eine Temperatur von mindestens 500 und bis zu 1100 °C erwärmt. Das Reduktionsgas (12) kann einen hohen Wasserstoff-Gehalt bis hin zu 100 % Wasserstoff umfassen. Das aus der Reduktionszone (11) des Schachtofens (10) ausgeschleuste Prozessgas (13) kann sich aus u.a. unverbrauchtem Reduktionsgas und unvermeidbaren Verunreinigungen zusammensetzen.
Um Missstände im laufenden Betrieb und somit ein Abweichen von Prozess-Soll-Vorgaben und/oder ein eintretendes oder auftretendes Sticking/Plating früh- respektive rechtzeitig erkennen zu können, wird mindestens ein Parameter erfasst, welcher Rückschlüsse auf die Umstände geben kann, indem ein vordefinierter Schwellwert nicht unter- oder überschritten werden darf. Die Parameter können mit Mitteln (17), welche beispielsweise im Abschnitt der Reduktionszone (11), insbesondere im Bereich oder oberhalb der Einspeisung des heißen Reduktionsgases (12) angeordnet oder vorgesehen sein, erfasst werden. Andere Stellen können auch in Frage kommen und sind durch entsprechende Versuche ermittelbar.
Der mindestens eine Parameter kann beispielsweise in Form einer Schwingung erfasst werden. Das mindestens eine Mittel (17) zur Erfassung der Parameter umfasst mindestens einen Schwingungssensor (20). Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine Parameter beispielsweise in Form eines Schalls erfasst werden. Das mindestens eine Mittel zur Erfassung der Parameter umfasst mindestens einen Schalldrucksensor (19), vgl. Figur 2, welche eine vergrößerte, schematische Darstellung des Mittels (17) aus Figur 1 zeigt. Im laufenden Betrieb schwingt einem bestimmten bzw. für die Direktreduktionsanlage typischen Freguenzbereich und/oder erzeugt einen bestimmten bzw. für die Direktreduktionsanlage typischen Schalldruck, welche(r) mit geeigneten nicht dargestellten Mitteln zu Signalen verarbeitet werden, welche beispielsweise im Leitstand zur Überwachung angezeigt und/oder einer Automatisierung zur Überwachung bereitgestellt werden können. Mit einem Abweichen vom typischen Freguenzbereich und/oder Schalldruck, sprich einem Über- oder Unterschreiten eines vordefinierten Schwellwertes, insbesondere für einen längeren Zeitraum, kann dies ein Hinweis auf einen beginnenden Missstand in der Direktreduktionsanlage sein.
Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine Parameter beispielsweise in Form eines Stromflusses/Widerstands erfasst werden. Das mindestens eine Mittel zur Erfassung der Parameter umfasst mindestens zwei Elektroden (18), vgl. Figur 3, welche eine vergrößerte, schematische Darstellung des Mittels (17) aus Figur 1 zeigt. Die mindestens zwei Elektroden (18) stehen mit den bereits teilmetallisierten durchlaufenden Eisenerzträgern in Kontakt, so dass ein elektrischer Stromfluss/Widerstand messbar ist. Weicht der typische Stromfluss/Widerstand durch ein Über- oder Unterschreiten eines vordefinierten Schwellwertes ab, insbesondere für einen längeren Zeitraum, kann dies ein Hinweis auf einen beginnenden Missstand in der Direktreduktionsanlage sein.
Treten diese Missstände für einen Zeitraum von mindestens 2 min auf, ist entsprechend ge- genzusteuern, indem mindestens eine der folgend genannten Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können: - die Temperatur, mit welcher das Reduktionsgas (12) erwärmt wird, zumindest temporär zu senken; - die Austragsmenge des Eisenschwamms (si) zumindest temporär zu erhöhen; - die Durchflussmenge des heißen Reduktionsgases (12) zumindest temporär zu reduzieren; - die Zusammensetzung des Reduktionsgases (12) durch Zugabe oder Weglassen koh- lenstoffhaltiger Bestandteile zumindest temporär zu ändern; - die Zusammensetzung (Mischung) der Eisenerzträger durch beispielsweise Zugabe oder Weglassen von Sinter und/oder Pelites und/oder Eisen-/Stückerz zumindest temporär zu ändern.
Mit der vorgenannten Betriebsweise kann früh- oder rechtzeitig ein Sticking/Plating und/oder Missstände im Reduktionsprozess (unruhiger Betrieb) erfasst werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Direktreduktionsanlage, in welcher Eisenerzträger zu Eisenschwamm mittels eines heißen Reduktionsgases erwärmt und reduziert werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Parameter erfasst wird, welcher bei Unteroder Überschreiten eines vordefinierten Schwellwertes auf ein eintretendes oder auftretendes Sticking/Plating und/oder auf ein Abweichen von Prozess-Soll-Vorgaben hinweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Parameter in Form einer Schwingung erfasst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Parameter in Form eines Schalls erfasst wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Parameter in Form eines Stromflusses/Wider- stands erfasst wird.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei durch Unter- oder Überschreiten des vordefinierten Schwellwertes die Temperatur, mit welcher das Reduktionsgas erwärmt wird, zumindest temporär gesenkt wird.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei durch Unter- oder Überschreiten des vordefinierten Schwellwertes die Austragsmenge zumindest temporär erhöht wird.
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei durch Unter- oder Überschreiten des vordefinierten Schwellwertes die Durchflussmenge des heißen Reduktionsgases zumindest temporär reduziert wird.
8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei durch Unter- oder Überschreiten des vordefinierten Schwellwertes die Zusammensetzung des Reduktionsgases zumindest temporär geändert wird.
9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei durch Unter- oder Überschreiten des vordefinierten Schwellwertes die Zusammensetzung der Eisenerzträger zumindest temporär geändert wird.
10. Direktreduktionsanlage mit einem Schachtofen (10) zur Direktreduktion von Eisenerzträger (io) zu Eisenschwamm (si) und Mittel zum Einspeisen von heißem Reduktionsgas (12), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mittel (17) zur Erfassung von Parametern vorgesehen ist, mit welchen bei Unter- oder Überschreiten eines vordefinierten Schwellwertes auf ein eintretendes oder auftretendes Sticking/Plating und/oder auf ein Abweichen von Prozess-Soll-Vorgaben hingewiesen wird.
11. Direktreduktionsanlage nach Anspruch 10, wobei das Mittel (17) mindestens einen Schwingungssensor (20) umfasst.
12. Direktreduktionsanlage nach Anspruch 10, wobei das Mittel (17) mindestens einen Schalldrucksensor (19) umfasst.
13. Direktreduktionsanlage nach Anspruch 10, wobei das Mittel (17) mindestens zwei Elektroden (18) umfasst.
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