[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Direktreduktion von eisenoxidhaltigen Materialien
zu Schwammeisen unter Vorreduktion in einer Wirbelschicht und Endreduktion unterhalb
der Schmelztemperatur in einem Drehrohrofen.
[0002] Bei der Aufbereitung ärmerer Eisenerze fallen in zunehmendem Maße feinkörnige Konzentrate
mit einem beträchtlichen Anteil unter 0,25 mm Korngröße an. Diese und feinkörnige
Erze sind preisgünstiger als z. B. Pellets oder Stückerze.
[0003] Der Einsatz solcher feinkörnigen, eisenoxidhaltigen Materialien zur Direktreduktion
in einem Drehrohrofen verursacht jedoch Schwierigkeiten, da feinkörnige Materialien
- und insbesondere ihr hoher Anteil an Feinstkorn - bei der Reduktion zur Bildung
von Agglomeraten und Ansätzen im Drehrohrofen führen.
[0004] Aus der DE-OS 20 20 306 ist es bekannt, feinkörnige Erze in einer Korngröße von etwa
0,25 bis 3 mm und schwefelbindende Materialien in einer Korngröße von etwa 0,2 bis
2 mm in den Drehrohrofen zu chargieren, den Drehrohrofen mit einer Umfangsgeschwindigkeit
von 2 bis 20 m/min anzutreiben und die Temperatur in der Reduktionszone zwischen
1000 und 1115 °C zu halten. Die untere Korngröße des Erzes ist also limitiert, und außerdem
muß der Drehrohrofen mit steigendem Anteil an kleiner Korngröße schneller rotiert
werden.
[0005] Aus der DE-OS 15 33 869 ist es bekannt, die Direktreduktion mittels reduzierender
Gase zwecks Verbesserung der Ausnutzung der reduzierenden Gase zweistufig durchzuführen.
Dabei wird in der Vorreduktionsstufe und in der Endreduktionsstufe jeweils etwa die
Hälfte des insgesamt am Erz gebundenen Sauerstoffes abgebaut, d.h. in der Vorreduktion
erfolgt eine Metallisierung von etwa 25 - 35 %. Die Reduktion in der Vorreduktion
kann im Gegenstrom in einem Schachtofen, Drehrohrofen oder in einer Wirbelschicht
erfolgen. Die Endreduktion kann ebenfalls in den genannten Apparaten im Gegenstrom,
Gleichstrom oder Querstrom erfolgen. Bei der Verwendung von Drehrohröfen und dem Einsatz
von Feinerz treten die bereits geschilderten Nachteile ein. Auch bei einer Verwendung
einer Wirbelschicht in der Vorreduktion werden die Nachteile in einem nachfolgenden
Drehrohrofen nicht vermieden.
[0006] Es ist auch bekannt, eine Vorreduktion mit einer Metallisierung von 50 bis 80 % in
einer Wirbelschicht durchzuführen und die Endreduktion als Schmelzreduktion in elektrischen
Öfen durchzuführen (DE-OS 25 52 904, DE-OS 26 07 554, DE-AS 22 53 228). Für die Endreduktion
wird eine große Menge teurer elektrischer Energie verbraucht. Eine weitergehende Metallisierung
in der Wirbelschicht führt zu Schwierigkeiten in der Wirbelschicht.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Drehrohrofen ein weitgehend metallisiertes
Schwammeisen aus feinkörnigen Materialien zu erzeugen, ohne daß Ansatzbildungen oder
Agglomerationen den Drehrohrofenbetrieb stören.
[0008] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß feinkörnige eisenoxidhaltige
Materialien in der Wirbelschicht auf 50 bis 80 % Metallisierung des Eiseninhaltes
vorreduziert werden und das vorreduzierte feinkörnige Material in dem Drehrohrofen
fertigreduziert wird.
[0009] Als Metallisierung ist das Verhältnis von metallischem Eisen zum gesamten Eisengehalt
in Prozent bezeichnet

Als Wirbelschicht können sowohl niedrig expandierte Wirbelschichten mit definierter
Bettoberfläche verwendet werden als auch stärker expandierte Wirbelschichten, die
oberhalb der Schwebegeschwindigkeit der einzelnen Teilchen betrieben werden, wie z.
B. zirkulierende Wirbelschichten. Das vorreduzierte Material wird vorzugsweise heiß
in den Drehrohrofen chargiert. Dadurch wird einerseits Heizenergie gespart und der
Drehrohrofen - der ein schlechter Wärmeüberträger ist - von der Aufheizarbeit entlastet.
Grundsätzlich kann das vorreduzierte Material auch kalt in den Drehrohrofen chargiert
werden. Als Reduktionsmittel im Drehrohrofen können Kohlen, Gas, Öl oder Kombinationen
dieser Reduktionsmettel verwendet werden. Der Drehrohrofen kann im Gegen- oder Gleichstrom
betrieben werden und mit Mantelrohren, Mantelbrennern und/oder Düsensteinen ausgerüstet
sein. Falls erforderlich, werden Entschwefelungsmittel zugesetzt. Ein eventueller
Überschuß an festem Kohlenstoff im Austrag kann abgetrennt und in den Drehrohrofen
zurückgeführt werden.
[0010] Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß sich das gemäß der Erfindung vorreduzierte
Material problemlos im Drehrohrofen fertigreduzieren läßt, obwohl seine Korngröße
in der Wirbelschicht nicht wesentlich vergrößert wurde. Besondere Maßnahmen, wie z.
B. hohe Umfangsgeschwindigkeit des Drehrohrofens oder Limitierung der unteren Korngröße,
sind nicht erforderlich.
[0011] Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Vorreduktion in der Wirbelschicht
auf 60 bis 70 % Metallisierung erfolgt. Diese Metallisierung führt zu besonders günstigen
Bedingungen sowohl in der Wirbelschicht als auch im Drehrohrofen.
[0012] Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Endreduktion im Drehrohrofen
mittels fester Kohlenstoffhaltiger Reduktionsmittel erfolgt. Die Verwendung von festen
Reduktionsmitteln bewirkt eine Auflockerung der Beschickung im Drehrohrofen. Dadurch
wird einerseits die Gefahr der Agglomerierung und Ansatzbildung nochmals verringert
und andererseits die Reduktion günstig beeinflußt.
[0013] Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß mindestens der überwiegende Teil
des festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels für die Endreduktion bereits in die
Wirbelschicht chargiert wird und mit dem vorreduzierten Material heiß in den Drehrohrofen
chargiert wird. Dadurch wird einerseits die Kohle ebenfalls vorgeheizt in den Drehrohrofen
chargiert und andererseits können auch schwierige, backende Kohlen verwendet werden,
deren direkter Einsatz in den Drehrohrofen zu Betriebsstörungen führen würde.
[0014] Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die obere Korngröße des feinkörnigen
eisenoxidhaltigen Materials bei etwa 2 mm liegt. Dadurch werden vorteilhafte Betriebsbedingungen
für die Wirbelschicht erzielt.
[0015] Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß dem Drehrohrofen ein festes feinkörniges
Entschwefelungsmittel zugesetzt wird. Die Korngröße des Entschwefelungsmittels liegt
unter 3 mm. Es werden übliche Entschwefelungsmittel wie z. B. Kalkstein oder Dolomit
verwendet. Dadurch kann ein niedri- ger Schwefelgehalt im Eisenschwamm erzielt werden.
[0016] Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß das Austragsgut des Drehrohrofens
nach Kühlung in Eisenschwamm, Brennstoffüberschuß und Entschwefelungsmittel getrennt
wird. Auf diese Weise kann das den Schwefel enthaltende Entschwefelungsmittel in einfacher
Weise aus den Verfahren ausgeschleust werden und dabei auch der überschüssige Kohlenstoff
abgetrennt werden.
[0017] Die Erfindung wird anhand von Beispielen näher erläutert.
[0018] Es wurde ein hämatitisches Eisenerz mit 67 % Fe verwendet. Die Korngrößenverteilung
war:

Beispiel 1
[0019] Das Eisenerz wurde zusammen mit einer Lignitkohle in einer Menge entsprechend 0,5
kg C
fix/kg Fe in einen elektrisch beheizten Drehrohrofen eingesetzt. Der Ofen wurde im Laufe
von vier Stunden auf 980 °C aufgeheizt und bei dieser Temperatur gehalten. In Abständen
von jeweils einer Stunde wurden dem Ofen mit einem N
2-gespülten Probelöffel Materialproben entnommen und festgestellt, daß, beginnend bei
einem Reduktionsgrad (gerechnet als 0
2-Abbau) von etwa 50 %, entsprechend einem Metallisierungsgrad von etwa 25 %, das Material
zusammensinterte. Eine weitergehende Reduktion war daher nicht zu erreichen.
Beispiel 2
[0020] Die im Beispiel 1 verwendete Erz/Kohle-Mischung wurde in einer Wirbelschicht ebenfalls
bei 980 °C bis zu einem Reduktionsgrad von 50 %, entsprechend einem Metallisierungsgrad
von 25 %, reduziert. Das vorreduzierte Material wurde anschließend in einen elektrisch
beheizten Drehrohrofen eingesetzt. Bei einer Temperatur von 980 °C war bereits nach
kurzer Zeit bei nur geringfügig angestiegener Metallisierung eine Versinterung des
Ofeninhaltes festzustellen.
Beispiel 3
[0021] Die in Beispiel 1 verwendete Erz/Kohlemischung wurde, wie in Beispiel 2 beschrieben,
behandelt, jedoch jetzt bis zu einem Reduktionsgrad von 75 %, entsprechend einem Metallisierungsgrad
von 63 %, reduziert und, wie in Beispiel 2 beschrieben, in den Drehrohrofen eingesetzt.
Dabei konnte die Metallisierung bis auf 92 % erhöht werden, ohne daß eine Versinterung
des Ofeninhaltes eintrat.
[0022] Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß feinkörnige Materialien problemlos
und in wirtschaftlicher Weise zu Schwammeisen reduziert werden können, wobei in beiden
Stufen, und insbesondere in der Endreduktionsstufe, nur billige Primärenergie benötigt
wird. Außerdem wird gleichzeitig der Drehrohrofen von Aufheizarbeit entlastet.
1) Verfahren zur Direktreduktion von eisenoxidhaltigen Materialien zu Schwammeisen
unter Vorreduktion in einer Wirbelschicht und Endreduktion unterhalb der Schmelztemperatur
in einem Drehrohrofen, dadurch gekennzeichnet, daß feinkörnige eisenoxidhaltige Materialien
in der Wirbelschicht auf 50 bis 80 % Metallisierung des Eiseninhaltes vorreduziert
werden und das vorreduzierte feinkörnige Material in dem Drehrohrofen fertigreduziert
wird.
2) Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorreduktion in der
Wirbelschicht auf 60 bis 70 % Metallisierung erfolgt.
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endreduktion
im Drehrohrofen mittels fester kohlenstoffhaltiger Reduktionsmittel erfolgt.
4) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch-gekennzeichnet, daß mindestens der überwiegende
Teil des festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels für die Endreduktion bereits
in die Wirbelschicht chargiert wird und mit dem vorreduzierten Material heiß in den
Drehrohrofen chargiert wird.
5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Korngröße des feinkörnigen eisenoxidhaltigen
Materials bei etwa 2 mm liegt.
6) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Drehrohrofen
ein festes feinkörniges Entschwefelungsmittel zugesetzt wird.
7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Austragsgut
des Drehrohrofens nach Kühlung in Eisenschwamm, Brennstoffüberschuß und Entschwefelungsmittel
getrennt wird.