WO1998015665A1 - Verfahren zum abreichern von hochschmelzenden materialien unter verwendung eines schmelzgefässes und eines elektro-reduktionsgefässes - Google Patents

Verfahren zum abreichern von hochschmelzenden materialien unter verwendung eines schmelzgefässes und eines elektro-reduktionsgefässes Download PDF

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Heinz-Günter ZIMMER
Heinz Stark
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Stark, Gabriele
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Definitions

  • the invention relates to a method for depleting high-melting materials, in particular slags of minerals containing metal and / or metal oxides.
  • the method has set itself the goal of achieving a higher level of separation of the metal to be extracted from the gaits using simple means and using energy sparingly.
  • the first high-performance melting unit is followed by a second metallurgical vessel.
  • This second metallurgical vessel is an oven vessel which is electrically heated in at least two electrodes.
  • In the area of the hearth of this metallurgical vessel there is an intermediate product made of metal and / or metal mat and / or metal stone melt.
  • An intermediate product is a slag bath layer.
  • Slag from a steel converter can also be added.
  • Coke for the reduction of oxidically or sulfidically bound metal and for the creation of a reducing atmosphere above the melt.
  • the longest possible amount of slag is collected in the second metallurgical vessel.
  • the metallurgical vessel is charged to such an extent that there is approximately 6 times the bath volume of the volume which is charged per hour. Due to the high bath volume, the longest possible residence time, ie settling and leaching time of the melt. The degree of depletion of the melt reaches its maximum. Due to the large volume of slag, the output can be made more resistance-sensitive, ie with lower current and therefore with lower electrical losses.
  • the electrical energy is supplied to the electric furnace by means of carbon electrodes which are immersed in the melt. The heating mechanism is the current flow through the resistance of the slag between the electrodes and the
  • the new charged material falls into the lower layers of the existing slag on the product bath.
  • the material extracts heat from the product bath and absorbs heat from the slag.
  • the depleted slag rises to the upper layers of the bath to the extent that the charged material absorbs heat to raise the temperature as well as to react and melt heat, reactions occur and metal fails. It can be seen that a sufficiently depleted final slag is found especially in the uppermost layers of the melt pool.
  • the so-called final slag i.e. the slag with the highest degree of depletion, tapped.
  • the slag tapping volume is approx. 20% of that in the furnace
  • the tapping takes place at a level which ensures that after the tapping, the reclosable tap hole is still 150 to 200 mm below the total bath level.
  • the intermediate product precipitated near the bottom is also tapped discontinuously, on a level that is between 40 to 60% of the level of the entire intermediate product.
  • the intermediate product is used for further treatment, in particular for cleaning
  • a new batch is fed into the metallurgical vessel.
  • the slag is again heated from about 1200 to 1250 ° C to a temperature of 1300 to 1400 ° C.
  • the distance between the electrodes used and the depth of immersion of the electrodes in the melt is such that 65 to 70% of the energy input takes place between the electrodes and the product bath.
  • This electrical heating is carried out for the purpose of maintaining the temperature and increasing the temperature, and for supplying the heat required for the reactions to occur and for the purpose of increasing the viscosity.
  • the heating mechanism is the current flow through the electrical resistors that form the slag between and under the electrodes.
  • Figure 1 is a flow diagram of the overall process
  • Figure 2 schematically shows the heating mechanism.
  • FIG. 1 has a high-performance melting vessel 11 which has an oven bottom 14 and an oven wall 15.
  • An opening 17 is provided in the furnace bottom 14, through which metal 12 is tapped, which is fed to a converter 51.
  • An opening 18 is provided in the furnace wall 15, through which slag 13 is tapped, which is fed to the second metallurgical vessel 21.
  • the metal 61 located in the converter 51 is charged into the high-performance melting vessel 11.
  • the converter slag 62 is fed to the second metallurgical vessel 21 together with the tapping slag 13, with return material and with reducing agents.
  • the return material is channel and pan outbreaks as well as residues from crushing processes and the like, which are fed as solid material to the electrically heated second vessel as solid material.
  • the second vessel 21 has a furnace bottom 24, a furnace wall 25 and a lid 29 placed thereon.
  • the operating states I, II and III are shown schematically in FIG.
  • This metallic melt is always maintained as a sump with the exception of the first start-up phase.
  • This metallic melt is an intermediate product consisting of metal, metal mat and metal stone.
  • the slag 43, 44 is depleted in such a way that the uppermost slag layer 45 is without valuable material.
  • the depleted slag 45 is tapped through a tap opening 23 to such an extent that the residual bath level is still approximately 150 to 200 mm above it.
  • the intermediate product 41, 42 is tapped at a height h M , which is approximately half of the total metallic level H n .
  • the metallic melt 28 tapped through the tap opening 22 is fed to the converter 51.
  • the electrodes 26 projecting into the vessel 21 through the cover 29 are shown schematically in FIG.
  • the electrodes are immersed in the melt and the distance between the electrodes and the depth of immersion of the electrodes in the melt are such that 65 to 70% of the energy input takes place between the electrodes and the product bath.
  • FIG. 2 shows the electrically heated second vessel 21 with the furnace wall 25, the furnace floor 24 and the lid 29. This is located near the furnace floor 24
  • the electrodes 26 are arranged with respect to one another so that on the one hand there is a slag volume V h of the horizontal current flow and energy input and on the other hand there is one slag volume V v of the vertical current flow and energy input per electrode.
  • V h slag volume of horizontal current flow and energy input

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abreichern von hochschmelzenden Materialien, insbesondere Schlacken von Metall- und/oder metalloxidhaltigen Mineralien, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) in einem ersten Hochleistungsschmelzaggregat werden hochschmelzende Materialien eingeschmolzen; b) in einem zweiten metallurgischen Gefäß befindet sich, mit Ausnahme der Anfahrphase, eine Schmelze, die entsprechend ihrem spezifischen Gewicht getrennt ist in eine in Bodennähe befindliche Zwischenproduktzone, bestehend aus Metall, Metallmatte sowie Metallstein, und darauf schwimmende Schlackezone; c) mindestens das schmelzflüssige Gemisch aus dem ersten Gefäß wird dem zweiten metallurgischen Gefäß zugeführt, wobei das zuchargierte Volumen 15 bis 25 % des im zweiten metallurgischen Gefäß befindlichen Schmelzevolumens beträgt; d) der im zweiten Gefäß befindlichen Schmelze wird mittels Elektroden elektrische Wärmeenergie zugeführt, wobei die Elektroden in die Schmelze eintauchen und der Abstand der Elektroden zueinander und die Eintauchtiefe der Elektroden in die Schmelze so bemessen ist, daß 65 bis 70 % des Energieeintrages zwischen den Elektroden und dem Produktbad erfolgt, und e) anschließend werden diskontinuierlich Teilmengen der Schlacke wie auch des Zwischenproduktes abgestochen.

Description

VERFAHREN ZUM ABREICHERN VON HOCHSCHMELZENDEN MATERIALIEN UNTER VERWENDUNG EINES SCHMELZGEFÄSSES UND EINES ELEKTRO-REDUKTIONSGEFÄSSES
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abreichern von hochschmelzenden Materialien, insbesondere Schlacken von Metall- und/oder metalloxidhaltigen Mineralien.
Das übliche Verfahren beim Abreichern von Schlacke, von Schlackemattengemischen und Schlackesteingemischen sowie beim Einschmelzen und Abreichern von Rücklaufmaterialien insbesondere aus dem Stahlwerkskonverter sieht wie folgt aus:
Im Elektroofen befindet sich eine die Bodenzustellung schützende Metall- oder Metallmatte- oder Metallsteinbadschicht. Auf dieser Zwischenproduktschicht befindet sich eine Schlackenbadschicht, deren Höhe minimal gehalten aber so gewählt wird, daß ein Widerstandssystem gebildet wird, indem die maximal zum Prozeßablauf erforderliche Wärme umgesetzt werden kann. Bei diesem Verfahren kommt es zur hohen elektrischen induktiven und ohm'chen Verlusten, da die aus der geringen Schlackenbadhöhe resultierenden Schlackenwiderstände klein sind und ein stromintensives Leistungsbild erfordern.
Das Verfahren hat sich zum Ziel gesetzt, mit einfachen Mittel bei sparsamer Verwendung von Energien eine höhere Trennung des zu gewinnenden Metalls von den Gangarten zu erreichen.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen dargelegt. Erfindungsgemäß wird dem ersten Hochleistungsschmelzaggregat ein zweites metallurgisches Gefäß nachgeschaltet. Dieses zweite metallurgische Gefäß ist ein in mindestens zwei Elektroden elektrisch beheiztes Ofengefäß. Im Bereich des Herdbodens dieses metallurgischen Gefäßes befindet sich ein Zwischenprodukt aus Metall- und/oder Metallmatte- und/oder Metallsteinschmelze. Auf diesem
Zwischenprodukt befindet sich eine Schlackenbadschicht.
Die Chargierung in dieses zweite metallurgische Gefäß sieht wie folgt aus:
- Aus dem ersten Hochleistungsschmelzaggregat werden beispielsweise 10 bis 25 % Cu20 + Cu2S bei einer Temperatur von 1200 bis 1250 °C zuchargiert.
Weiterhin kann Schlacke aus einem Stahlkonverter zuchargiert werden.
Als weitere Chargierung kommen beispielsweise 30 bis 35 % Cu20 + Cu2S aus Rücklaufmaterialien und
Koks zur Reduktion von oxydisch oder sulfidisch gebundenem Metall und zum Aufbau einer reduzierenden Atmosphäre über der Schmelze.
Durch Erhöhen der Temperatur wird eine Steigerung der Viskosität der Schmelze erreicht. Hierdurch können sich schwere Metall- und/oder Metallmatte- und/oder Metallsteinpartikel am Herdboden als Zwischenprodukt absetzen.
Im zweiten metallurgischen Gefäß wird möglichst lange und viel Schlacke angesammelt. Hierzu wird das metallurgische Gefäß in einem Maße beschickt, daß sich infolge das ca. 6-fache Badvolumen des Volumens befindet, welches pro Stunde chargiert wird. Durch das hohe Badvolumen soll eine möglichst lange Verweilzeit, d.h. Absetz- und Aussaigerungszeit der Schmelze erreicht werden. Der Abreicherungsgrad der Schmelze erreicht dabei sein Höchstmaß. Aufgrund des großen Schlackevolumens kann die Leistung widerstandsiritensiver gebildet werden, d.h. mit geringerem Strom und dadurch mit geringeren elektrischen Verlusten. Die Zuführung der elektrischen Energie zu dem Elektroofen erfolgt mittels Kohleelektroden, die in die Schmelze eintauchen. Der Wärmemechanismus ist dabei der Stromfluß durch den Widerstand der Schlacke zwischen den Elektroden und dem
Widerstand zwischen den Elektroden und dem sich auf dem Herdboden ansammelnden Metall.
Aufgrund des Temperaturunterschiedes zwischen den chargierten Materialien und der im Ofen befindlichen schmelzflüssigen Schlacke sowie aufgrund des im unterschiedlichen Metallgehalt begründeten unterschiedlichen spezifischen Gewichtes zwischen dem chargierten und dem Ofen befindlichen Materialien fällt das neue chargierte Material in die unteren Schichten der vorhandenen Schlacke auf das Produktbad. Das Material entzieht dem Produktbad Wärme und nimmt Wärme der Schlacke auf.
In dem Maße wie das chargierte Material Wärme zur Temperaturerhöhung sowie zur Reaktion und Schmelzwärme aufnimmt, Reaktionen ablaufen und Metall ausfällt, steigt die abgereicherte Schlacke zu den oberen Badschichten hin. Es zeigt sich, daß eine ausreichend abgereicherte Endschlacke sich insbesondere in den obersten Schichten des Schmelzbades befindet.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird ein hoher Anteil Energie in den unteren Volumenbereich des schmelzflüssigen Bades eingetragen, da dort die Reaktion des Prozeßes in Gang gesetzt wird. Gegebenenfalls wird vor dem Abstechen noch eine
Verweilzeit ohne Chargierung zum Absetzen von Produktpartikeln eingefügt.
Nach Abreicherung und Reduktion der Schlacke wird die sogenannte Endschlacke, d.h. die den höchsten Abreicherungsgrad aufweisende Schlacke , abgestochen. Das Schlackeabstichvolumen beträgt ca. 20 % des im Ofen befindlichen
Gesamtschlackevolumens. Das Abstechen erfolgt in einem Höhenniveau, welches sicherstellt, daß nach dem Abstechen das wieder verschließbare Abstichloch noch 150 bis 200 mm unter dem Gesamtbadspiegel liegt. Das in Bodennähe ausgefällte Zwischenprodukt wird ebenfalls diskontinuierlich abgestochen und zwar in einer Ebene, die sich zwischen 40 bis 60 % der Pegelhöhe des gesamten Zwischenproduktes befindet.
Das Zwischenprodukt wird zur weiteren Behandlung, insbesondere zur Reinigung, an
Konverter zugeführt.
Nach dem Abstechen der abgereicherten Endschlacke und des Zwischenproduktes wird dem metallurgischen Gefäß neue Charge zugeführt. Die Schlacke wird wiederum von etwa 1200 bis 1250 °C auf eine Temperatur von 1300 bis 1400 °C erwärmt. Der Abstand der eingesetzten Elektroden zueinander und die Eintauchtiefe der Elektroden in die Schmelze wird so bemessen, daß 65 bis 70 % des Energieeintrages zwischen den Elektroden und dem Produktbad erfolgt. Diese elektrische Heizung erfolgt zum Zwecke der Aufrechterhaltung der Temperatur und zur Erhöhung der Temperatur, sowie zur Zuführung von zum Ablauf von Reaktionen erforderlichen Wärme sowie zum Zwecke der Steigerung der Viskosität. Der Heizmechanismus ist dabei der Stromfluß durch die elektrischen Widerstände, die die Schlacke zwischen und unter den Elektroden bildet.
Da der Prozeß mit weitgehend konstanten Badverhältnissen geführt wird, kommt es zu einer Vergleichmäßigung der elektrischen Verhältnisse und damit einer Vergleichmäßigung der Leistungsaufnahme.
Ein Beispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargelegt. Dabei zeigt die
Figur 1 ein Flußdiagramm des Gesamtprozeßes und
Figur 2 schematisch den Heizmechanismus.
Die Figur 1 weist ein Hochleistungsschmelzgefäß 11 auf, welches einen Ofenboden 14 und eine Ofenwand 15 besitzt.
Im Ofenboden 14 ist eine Öffnung 17 vorgesehen, durch die Metall 12 abgestochen wird, welches einem Konverter 51 zugeführt wird. ln der Ofenwand 15 ist eine Öffnung 18 vorgesehen, über die Schlacke 13 abgestochen wird, die dem zweiten metallurgischen Gefäß 21 zugeführt wird.
Das sich im Konverter 51 befindende Metall 61 wird in das Hochleistungsschmelzgefäß 11 chargiert. Die Konverterschlacke 62 wird zusammen mit der Abstichschlacke 13, mit Rücklaufmaterial und mit Reduktionsmitteln dem zweiten metallurgischen Gefäß 21 zugeführt. Bei dem Rücklaufmaterial handelt es sich um Rinnen- und Pfannenausbrüche sowie Rückstände von Brechvorgängen und ähnlichen, die als Festmaterial dem elektrisch beheizten zweiten Gefäß als Festmaterial zugeführt werden.
Das zweite Gefäß 21 besitzt einen Ofenboden 24, eine Ofenwand 25 und darauf gelegt einen Deckel 29.
In der Figur 1 sind schematisch die Betriebszustände I, II und III dargestellt.
Beim Betriebszustand I befindet sich im Gefäß in Nähe des Ofenbodens eine metallische Schmelze. Diese metallische Schmelze wird als Sumpf mit Ausnahme der ersten Anfahrphase stets aufrechterhalten. Diese metallische Schmelze ist ein Zwischenprodukt bestehend aus Metall, Metallmatte sowie Metallstein.
Auf dem Zwischenprodukt befindet sich eine Schlacke 43, in die flüssige und feste Materialien chargiert werden.
Im nachfolgenden Betriebszustand II befindet sich auf der metallischen Schmelze 41 ein metallischer Zuwachs 42.
Oberhalb dieses Zwischenproduktes 41 , 42 befindet sich Schlacke 43 mit dem Schlackenzuwachs 44.
Am Ende des Produktionsprozeßes ist die Schlacke 43, 44 so abgereichert, daß die oberste Schlackenschicht 45 ohne Wertstoff ist. lm Betriebszustand III wird die abgereicherte Schlacke 45 über eine Abstichöffnung 23 soweit abgestochen, daß der Restbadspiegel noch etwa 150 bis 200 mm darüber liegt.
Abschließend wird das Zwischenprodukt 41 , 42 in einer Höhe hM abgestochen, die etwa in der Hälfte des gesamten metallischen Pegels Hn liegt.
Die über die Abstichöffnung 22 abgestochene metallische Schmelze 28 wird dem Konverter 51 zugeführt.
Die durch den Deckel 29 in das Gefäß 21 hineinragende Elektroden 26 sind schematisch in der Figur 2 dargestellt.
Die Elektroden tauchen dabei in die Schmelze ein und der Abstand der Elektroden zueinander und die Eintauchtiefe der Elektroden in die Schmelze sind so bemessen, daß 65 bis 70 % des Energieeintrages zwischen den Elektroden und dem Produktbad erfolgt.
Die Figur 2 zeigt das elektrisch beheizte zweite Gefäß 21 mit der Ofenwand 25, dem Ofenboden 24 und dem Deckel 29. In Nähe des Ofenbodens 24 befindet sich das
Zwischenprodukt 41 , 42 und darauf die Schlacke 43 mit der abgereicherten Schlacke 45 in Nähe des Pegels der Gesamtschmelze HBa_-
Die Elektroden 26 sind so zueinander angeordnet, daß zum einen ein Schlackevolumen Vh des horizontalen Stromflußes und Energieeinbringens und zum anderen pro Elektrode ein Schlackenvolumen Vv des vertikalen Stromflußes und Energieeinbringens vorhanden ist.
Positionsliste
Erstes Gefäß
11 Hochleistungsschmelzgefäß 12 Abstichmetall
13 Abstichschlacke
14 Ofenboden
15 Ofenwand
17 Öffnung Metall 18 Öffnung Schlacke
Zweites Gefäß
21 Elektrisch beheiztes zweites Gefäß
22 Abstichöffnung Metall
23 Abstichöffnung Schlacke
24 Ofenboden
25 Ofenwand
26 Elektrode
27 Abgereicherte Schlacke
28 Metallmatte
29 Deckel
Schmelze erstes Gefäß
31 Metallische Schmelze
32 Schlacke
Schmelze zweites Gefäß
41 Metallische Schmelze, Zwischenprodukt
42 Metallischer Zuwachs, Zwischenprodukt 43 Schlacke
44 Schlackenzuwachs
45 Abgereicherte Schlacke Konverteranlage
51 Konverter
Konverterschmelze 61 Konverter Metall
62 Konverter Schlacke
hM Höhe Abstich Metall hs Höhe Abstich Schlacke HM Pegel Metall
Hßad Pegel Gesamtschmelze
Vh Schlackevolumen des horizontalen Stromflußes und Energieeinbringens
Vv Schlackevolumen des vertikalen Stromflußes und Energieeinbringens
I, II, III Betriebszustände

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Abreichern von hochschmelzenden Materialien, insbesondere Schlacken von Metall- und/oder metalloxidhaltigen Mineralien, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) in einem ersten Hochleistungsschmelzaggregat werden hochschmelzende Materialien eingeschmolzen
b) in einem zweiten metallurgischen Gefäß befindet sich, mit Ausnahme der
Anfahrphase, eine Schmelze, die entsprechend ihrem spezifischen Gewicht getrennt ist in eine in Bodennähe befindliche Zwischenproduktzone, bestehend aus Metall, Metallmatte sowie Metallstein, und darauf schwimmende Schlackezone
c) mindestens das schmelzflüssige Gemisch aus dem ersten Gefäß wird dem zweiten metallurgischen Gefäß zugeführt, wobei das zuchargierte Volumen 15 bis 25% des im zweiten metallurgischen Gefäß befindlichen Schmelzevolumens beträgt
d) der im zweiten Gefäß befindlichen Schmelze wird mittels Elektroden elektrische Wärmeenergie zugeführt, wobei die Elektroden in die Schmelze eintauchen und der Abstand der Elektroden zueinander und die Eintauchtiefe der Elektroden in die Schmelze so bemessen ist, daß 65 bis 70 % des Energieeintrages zwischen den Elektroden und dem
Produktbad erfolgt, und
e) anschließend werden diskontinuierlich Teilmengen der Schlacke wie auch des Zwischenproduktes abgestochen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des zuchargierten Materials im zweiten Gefäß so gewählt wird, daß die Produktpartikel mit höherem spezifischen Gewicht sich in Richtung Gefäßboden absetzen, so daß die oberste Schlackenschicht ohne Wertstoff ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich im zweiten metallurgischen Gefäß das 5-7-fache Badvolumen befindet, welches pro Stunde chargiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze in vorgebbarer Dauer und Höhe eine Wärmemenge zugeführt wird, die eine umfassende Reaktion zur Abreicherung zuläßt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke in einer Abstichebene in einer Höhe hs entsprechend hs = 0,7 bis 0,9 x H Bad mit H Bad als Gesamtpegel des Schmelzbades, abgestochen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in Bodennähe des Gefäßes ausgefällte Zwischenprodukt in einer Ebene abgestochen wird, die eine Höhe hM entsprechend hM = 0,4 bis 0,6 x HM mit HM als Pegelhöhe des flüssigen Zwischenrproduktes, aufweist.
PCT/DE1997/002309 1996-10-10 1997-10-02 Verfahren zum abreichern von hochschmelzenden materialien unter verwendung eines schmelzgefässes und eines elektro-reduktionsgefässes WO1998015665A1 (de)

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