Verfahren zur Schmelzreduktion von Metallerz

Abstract

 57 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallen oder Metalllegierungen durch Schmelzreduktion von Erz oder Erzgemischen mit Hilfe von Kohle und/oder Prozeßgas in einem Reaktionsgefäß, wie einem Konverter oder Schachtofen. Die zur Reduktion des Erzes benötigte Kohle bzw. das Reduktionsgas wird mit Sauerstoff in eine im Reaktionsgefäß erzeugte flüssige Erzsäule eingebracht und zwar in einer solchen Höhe oberhalb des sich im Reaktionsgefäß bildenden Metallschmelzbades, daß die reduzierten nach unten absinkenden Metalltropfen kohlenstoffarm in das Metallschmelzbad gelangen. Dabei wird das Erz bis zu einer solchen Höhe im Reaktionsgefäß oberhalb der Einbringstelle für Kohlenstoff und Sauerstoff verflüssigt, daß Kohlenstoff nur vollständig oxidiert, d.h. als CO₂ aus dem Reaktionsgefäß entweicht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von unlegiertem oder legiertem Stahl, Stahlvorschmelzen, Nichteisenmetallen oder Nichteisenlegierungen durch Schmelzreduktion von Erz oder Erzgemischen mit Hilfe von Kohle und/oaer Prozeßgas in einem Reaktionsgeiäß, wie einem Konverter oder Schachtofen.

[0002] Schmelzreduktionsverfahren bieten die Möglichkeit, feinkörnige Erze als Einsatzstoffe ohne aufwendige Vorbereitung zu nutzen. Durch die hohe Energiekonzentration und die günstigen Stofftransportbedingungen in den flüssigen Phasen ist die volumenspezifische Reaktionsgeschwindigkeit wesentlich größer als bei konventionellen Reduktionsverfahren.

[0003] Schmelzreduktion von Metallerzen zur Erzeugung insbesondere von Roheisen oder Stahl wird in vielfältiger Weise durchgeführt, wobei unterschiedliche Gefäße, wie Schacht- oder Hochofen, Elektroofen oder Konverter verwendet werden. Eine Übersicht über die bisher angewendeten Verfahrenstechniken der Schmelzreduktion haben R. Thielmann und R. Steffen in der Zeitschrift "Stahl und Eisen" 101 (1981), Seiten 71 bis 81 gegeben. Prinzipiell erfolgt die Schmelzreduktion in der Weise, daß in abgestimmten Mengen Erz und Kohle von oben in das Reaktionsgefäß chargiert werden und Prozeßgas, meist Luft oder Sauerstoff, eingeblasen wird. Dabei ist es zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Verfahrensweise meist erforderlich, das Erz vorzureduzieren. Durch getrennte Öffnungen wird das schmelzflüssige Metall oder die Metallegierung und die auf dem Metallschmelzbad schwimmende flüssige Schlacke aus dem Reaktionsgefäß abgezogen (abgestochen).

[0004] Als nachteilig wird bei den bekannten Schmelzreduktionsverfahren empfunden, daß sie nicht einstufig durchgeführt werden können, sondern entweder für die Abgasaufbereitung oder die Erzvorbereitung zusätzliche Verfahrensstufen, Energie und Anlagen bedingen.

[0005] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schmelzreduktionsverfahren für Metallerze oder -oxyde anzugeben, bei dem in-einstufiger Arbeitsweise der gesamte Energieinhalt des verwendeten Reduktionsmittels ausgenutzt und damit auf zusätzliche Maßnahmen, wie Abgasreinigung oder Erzvorreduktion, verzichtet werden kann.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren vorgeschlagen.

[0007] Die eriindungsgemäße Verfahrensweise sieht eine Reihe von Maßnahmen vor, die erst im Zusammenwirken die gestellte Aufgabe lösen. So ist es ein wesentlicher Gesichtspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß die zur Reduktion benötigte Kohle ausschließlich von außen in die flüssige Erzsäule' eingebracht wird, damit das gebildete CO₂ nicht durch Kontakt mit Kohlenstoff in der Flüssigerzsäule wieder zu CO reagiert, was dann eine Abgasbehandlung und -verwertung erforderlich machen-würde. Dies ist auch der Gesichtspunkt, der das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich von den bekannten Schmelzreduktionsverfahren unterscheidet. Bei den bekannten Verfahren wird nämlich Erz in Mischung mit Kohle chargiert. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert sowohl bei chargenweisem als auch bei kontinuierlichem Betrieb eine zeitlich abgestimmte Zugabe von Erz, Kohlenstoff und Sauerstoff entsprechend der Stöchiometrie, der Reaktionsgeschwindigkeit und des spezifischen Wärmebedarfs.

[0008] Von wesentlicher Bedeutung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ferner, wie bzw. wo die Kohle in die Flüssigerzsäule eingebracht wird. Die Kohle muß an einer so hoch über dem Spiegel des sich im Boden des Reaktionsgefäßes ansammelnden schmelzflüssigen Metalls liegenden Stelle eingebracht werden, daß einerseits das Metall möglichst kohlenstoffarm in das Metallschmelzbad gelangt und andererseits kein Kohlenstoff in die Metallschmelze eingebracht wird. Hierdurch wird der Aufwand für eine zusätzliche Frischbehandlung vermieden bzw. vermindert.

[0009] Eine weitere Maßnahme von besonderer Bedeutung ist die Wahl der Höhe der Flüssigerzsäule. Diese muß erfindungsgemäß so bemessen werden, daß gebildetes CO beim Aufsteigen durch die Flüssigerzsäule in dem Reaktionsgefäß vollständig zu C0₂ ausreagiert.

[0010] Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu folgenden Vorteilen:

- Der Energieinhalt des Reduktionsmittels wird bis auf die fühlbare Wärme nahezu vollständig ausgenutzt,

- der Einsatz von preiswertem Reduktionsmittel, wie Feinkohle, ist möglich,

- die Schmelzreduktion läßt sich einstufig ausführen, d. h., es werden zusätzliche Maßnahmen, wie Abgasreinigung, Erzvorreduktion oder Frischen der Metallschmelze, vermieden,

- infolge der Einstufigkeit der Arbeitsweise sind auch Energieaufwand und -verluste niedriger,

- durch entsprechende Bemessung der Erzmischung können unmittelbar Metallegierungen vorbestimmter Zusammensetzung erzeugt werden,

- dabei ergibt sich die Möglichkeit, hochschmelzende Oxyde, z. B. Chromoxyd, auch in fester Form bei Bildung einer Suspension in einer flüssigen Schlackenschmelze bei einer Temperatur von 1600 bis 1800⁰C sehr schnell zu reduzieren, was sonst bei Direktreduktion im festen Zustand wegen des Sinterns der Beschickung nicht erreichbar ist,

- Möglichkeit der ausschließlichen Verwendung von Primärenergie zur Reduktion.

[0011] Grundsätzlich ist es aber auch möglich, einen Teil der Prozeß- und Verlustwärme oder die gesamte Menge durch andere Energiequellen als die Verbrennung des in die Flüssigerzsäule eingebrachten Kohlenstoffs zu erzeugen. Es wird aber bevorzugt, Kohle zur Reduktion und zur Erzeugung der benötigten Wärme einzubringen, am besten durch Einblasen.

[0012] Kohle und auch Sauerstoff können in mehreren Höhen, am besten entsprechend dem örtlichen Bedarf zugeführt werden.

[0013] In der Zeichnung ist schematisch ein Schachtofen als Reaktionsgefäß dargestellt. Die Gleichungen der darin ablaufenden Reaktionen sind für Eisen als Beispiel angegeben.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Metallen oder Metallegierungen durch Schmelzreduktion von Erz oder Erzgemischen mit Hilfe von Kohle und/oder Prozeßgas in einem Reaktionsgefäß, wie einem Konverter oder Schachtofen, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Reduktion des Erzes benötigte Kohle bzw. das Reduktionsgas mit Sauerstoff in eine im Reaktionsgefäß erzeugte flüssige Erzsäule eingebracht wird und zwar in einer solchen Höhe oberhalb-des sich im Reaktionsgefäß bildenden Metallschmelzbades, daß die reduzierten nach unten absinkenden Metalltropfen kohlenstoffarm in das Metallschmelzbad gelangen, wobei das Erz bis zu einer solchen Höhe im Re.aktionsgefäß oberhalb der Einbringstelle für Kohlenstoff und Sauerstoff verflüssigt wird, daß Kohlenstoff nur vollständig oxidiert, d. h. als C0₂ aus dem Reaktionsgefäß entweicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohle Feinkohle, Sauerstoff in Form von technischem Sauerstoffgas und Erz in Form von Feinerz kontinuierlich oder in Teilmengen in das Reaktionsgefäß eingebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kohle und Sauerstoff in die Flüssigerzsäule eingeblasen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Mischung Eisenerz, Chromerz und Erze oder Oxyde anderer Legierungselemente gemeinsam verflüssigt oder zumindest teilweise unter Bildung einer Suspension verflüssigt werden, wobei die Mischung derart eingestellt wird, daß die gewünschte Zusammensetzung des fertig legierten Stahls oder einer Stahlvorschmelze erzielt wird.

Zeichnung