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. 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. 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.
Aus der DE-OS 2020306 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 1 000 und 1 115°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.
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.
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.
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.
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.
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. 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.
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.
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.
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.
Eine vorzugsweise Ausgetaltung besteht darin, daß die obere Korngröße des feinkörnigen eisenoxidhaltigen Materials bei etwa 2 mm liegt. Dadurch werden vorteilhafte Betriebsbedingungen für die Wirbelschicht erzielt.
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 niedriger Schwefelgehalt im Eisenschwamm erzielt werden.
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.
Die Erfindung wird anhand von Beispielen näher erläutert.
Es wurde ein hämatitisches Eisenerz mit 67 % Fe verwendet. Die Korngrößenverteilung war:
Das Eisenerz wurde zusammen mit einer Lignitkohle in einer Menge entsprechend 0,5 kg efixlkg 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 N2-gespülten Probelöffel Materialproben entnommen und festgestellt, daß, beginnend bei einem Reduktionsgrad (gerechnet als 02-Abbau) von etwa 50 %, entsprechend einem Metallisierungsgrad von etwa 25 %, das Material zusammensinterte. Eine weitergehende Reduktion war daher nicht zu erreichen.
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 elketrisch beheizten Drehrohrofen eingesetzt. Bei einer Temperatur von 980 °C war bereits nach kurzer Zeit bei nur geringfügig angestiegener Metallisierung eine Versinterung des Ofeninhaltes festzustellen.
Die in Beispiel 1 verwendete Erz/Kohlemischung wurde, wie in Beispiel 2 beschrieben, behandelt, jedoch jetzt bis zu einem Reduktionsgrad von 75 %, entsprechend einem Me- .tallisierungsgrad von 63 %, reduziert und, wie in Beispiel 2 beschrieben, in den Drehrohrofen eingesetzt. Dabei konnte die Metallisierung bis auf 92 % erhöht werden, ohne daß die Versinterung des Ofeninhaltes eintrat.
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.