Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Direktreduktion von gesintertem eisenoxidhaltigem Material zu Eisenschwamm in einem Drehrohrofen, wobei eine Sintermischung aus feinkörnigem eisenoxidhaltigem Material und festem Brennstoff auf einer Sintermaschine unter Hindurchleiten von sauerbtoffhaltigen Gasen gesintert wird und das Sintergut nach einer Zerkleinerung mit festem kohleiistoffhaltigem Reduktionsmittel in den Drehrohrofen chargiert wird.
Die Erzeugung von Eisenschwamm im Drehrohrofen erfolgt im allgemeinen unter Einsatz von Stücke-rzen oder Pellets, da der Einsatz von feinkörnigen Erzen zu Schwierigkeiten führt oder besondere Maßnahmen erfordert. Außerdem muß feinkörniger Eisenschwamm im allgemeinen vor der Weiterverarbeitung auf Roheisen oder Stahl agglomeriert werden. Für eine Pelletierung muß das Material in Pelletierfeinheit, d.h. sehr feinkörnig, vorliegen.
Es wurde auch schon vorgeschlagen, Sinter anstelle von Pellets in den Drehrohrofen einzusetzen (DE-AS 17 58 951). In die Sintermischung muß zumindest teilweise der erforderliche feste Brennstoff durch Zumischung von feinkörnigem Eisenschwamm eingebracht werden. Die Reduktion im Drehrohrofen erfolgt vorzugsweise unter Einsatz von Braunkohle oder anderen festen Brennstoffen mit Gehalten an verflüchtigungsfähigen Bestandteilen als Reduktionsmittel. Bei der Reduktion fällt ein beträchtlicher Anteil von Unterkorn an.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Direktreduktion von Sinter im Drehrohrofen den Anfall an Unterkorn möglichst gering zu halten und eine gute Metallisierung mit möglichst geringem Aufwand zu erzielen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß der Sinter mit einem Verhältnis von CaO zu SiO2 von 0,8 bis 1,4 in den Drehrohrofen chargiert wird und ein festes kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel in den Drehrohrofen chargiert wird, das bis zu einer Temperatur von 600 - 700 0C möglichst wenig elementaren Wasserstoff freisetzt. Das feinkörnige oxidische Material besteht hauptsächlich aus feinkörnigen Eisenerzen und in der Direktreduktionsanlage anfallendem oxidischem Material. Auch metallisiertes oder vorreduziertes feinkörniges Material, das in der Direktreduktionsanlage anfällt, kann eingesetzt werden. Das oxidische Material wird mit den zur Einstellung des Verhältnisses von CaO zu SiO2 erforderlichen zuschlagstoffen, wie Kalkstein und Kieselsäure, dem für die Sinterung erforderlichen festen Brennstoff, üblicherweise feinkörniger Koks, dem Rückgut von der Sintermaschine und unter Einstellung der erforderlichen Feuchtigkeit gemischt. Die so hergestellte Sintermischung wird auf die Sintermaschine aufgegeben. Die Bedingungen für die Herstellung der Sintermischung, unter Berücksichtigung des erfindungsgemäßen Verhältnisses von CaO zu Si02, und die Bedingung für die Sinterung auf der Sintermaschine entsprechen den bekannten Bedin- gungen für die Herstellung von Sinter für den Einsatz in den Hochofen. Bei der Einstellung des Verhältnisses von CaO zu SiO bleiben andere basische oder saure Gangartbestandteile unberücksichtigt. Falls der Sintermischung metallisiertes oder vorreduziertes Feingut zugesetzt wird, wird dessen Oxidationswärme bei der Bemessung der Kokszugabe berücksichtigt. Die Zugabe von metallisiertem oder vorreduziertem Feingut ist jedoch nicht erforderlich. Das in den Drehrohrofen chargierte feste kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel soll bis zu einer Temperatur von 600 - 700 °C möglichst überhaupt keinen elementaren Wasserstoff freisetzen, auf jeden Fall muß der Wert unter 1 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte Reduktionsmittel, liegen. Die freigesetzte Menge an elementarem Wasserstoff steigt im allgemeinen mit dem Gehalt der Kohlen an flüchtigen Bestandteilen. Es müssen also Kohlen eingesetzt werden, die wenig Wasserstoff freisetzen, wie Anthrazit, oder geschwelte Kohlen, wie Koks.'Kohlen, die einen höheren Gehalt an elementarem Wasserstoff freisetzen, können jedoch an einer Stelle des Drehrohrofens aufgegeben werden, wo die Beschickung*, bereits eine höhere Temperatur Hat und durch die nachträgliche Zugabe des Reduktionsmittels auch nicht unter diese Temperatur abgekühlt wird. Eine solche nachträgliche Zugabe eines Teiles des festen Reduktionsmittels kann z.B. durch Einblasen von Kohle in das Austragsende des Drehrohrofens und Verteilung über die Reduktionszone erfolgen, wenn der Drehrohrofen im Gegenstrom zwischen Beschickung und Gastatmosphäre betrieben wird.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß der Sinter mit einem Verhältnis von CaO zu Si02 von 1,1 - 1,3 in den Drehrohrofen chargiert wird. Dadurch werden besonders gute Ergebnisse erzielt.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß der Sinter mit einem Schlackengehalt von mindestens 10 Gew.-% in den Drehrohrofen chargiert wird. Der Schlackengehalt wird so gewählt, daß zwar die Menge möglichst nahe an 10 % liegt, aber auch wieder ausreichend für gute Ergebnisse ist. Der optimale Wert wird für jedes Material empirisch ermittelt.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daB der Sinter in einer Stückgröße von 5 - 50 mm in den Drehrohrofen chargiert wird. Mit dieser Stückgröße werden gute Metallisierungsgrade erzielt.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß der Sinter in einer Stückgröße von 5 - 30 mm in den Drehrohrofen chargiert wird. Diese Stückgröße ergibt nochmals verbesserte Metallisierungsgrade.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß das Abgas des Drehrohrofens zur indirekten Aufheizung von Luft verwendet wird, und die heiße Luft nach der Zündung der Sintermischung auf der Sintermaschine durch die Sintermischung geleitet wird. Die Durchleitung der heißen Luft als Sinterluft kann nur über einen Teil der Sinterstrecke der Sintermaschine oder über die gesamte Länge der Sinterstrecke erfolgen. Im ersten Fall tritt hauptsächlich eine Brennstoffersparnis ein, während im zweiten Fall die Temperatur des abgeworfenen Sinters erhöht wird, so daß der Sinter mit hoher Temperatur in den Drehrohrofen chargiert werden kann und der Drehrohrofen von der entsprechenden Aufheizarbeit entlastet wird.
Die Erfindung wird anhand von Beispielen näher erläutert.
Für die Sinterversuche wurden Rohmaterialien mit folgender Analyse eingesetzt:
Die Sinterversuche wurden auf einer quadratischen Sinterpfanne von 0,16 m2 Fläche durchgeführt. Die Sintermischung wurde jeweils nach vorherigem Mischen der Einzelkomponenten, Anfeuchten und Einfüllen in die Sinterpfanne mit Heißluft von 1200 °C gezündet. Danach wurde mit Unterdruck die Brennfront durch die Sintermischung gezogen und der Sinterkuchen anschließend auf der Sinterpfanne gekühlt. Zur Nachahmung der Beanspruchung in einer Industrieanlage wurde der Sinter daraufhin 5 mal aus 2 m Höhe gestürzt. Die Fraktion - 6 mm wurde als Rückgut (50 %), die Fraktion 15 - 25 mm als Rostbelag (3 cm) eingesetzt.
Zur Definition der Sinterqualität wurden folgende Prüfmethoden verwandt:
- 1) Die Bestimmung der mechanischen Festigkeit erfolgte nach der ISO-Vorschrift Nr. 3271 in einer Trommel, wobei der Wert + 6,3 mm ermittelt wurde.
- 2. Die Niedrigtemperaturzerfallsstabilität, NTZ, wurde nach einem Vorschlag der "BISRA" in einem elektrisch beheizten Drehrohr unter schwach reduzierender Atmosphäre bei 600 °C durch die Produktmenge + 6,3 mm ermittelt.
- 3. Die Reduzierbarkeit wurde in Anlehnung an die Prüfvorschrift VDEH Nr. 1770-64 ermittelt. Die Kennzahl ist der dR/dt40-Wert.
Dabei ergaben sich folgende Werte:
Mechanische Festigkeit und Niedrigtemperaturzerfallsstabilität verhalten sich qualitativ gegenläufig und erreichen in ihrer Kombination im Basizitätsbereich von 1,2 ein Optimum.
Die Reduzierbarkeit fällt zunächst bei Zunahme der Basizität und steigt dann ab 0,42 stark an.
Die Abnahme der Schlackenmenge, hier ausgedrückt als CaO + Si02-Gehalt, beeinflußt sowohl den Niedrigtemperaturzerfall sowie die mechanische Festigkeit negativ.
Folgende Werte wurden für einen Sinter der Basizität von 1,2 ermittelt:
Ab ca. 10 % CaO + Si02 wurden akzeptable Festigkeitswerte erreicht.
Die Versuche wurden in einem Kurztrommelofen mit einem Sintereinsatz von 70 kg durchgeführt. In diesem Ofen wurden die Reduktionsmittel in der Menge für ein Cfix/Fe-Verhältnis von 0,6 zugegeben. Die Reduktionszeit betrug nach Aufheizen auf die durch die Reaktivität der Kohle vorgeschriebene Reaktionstemperatur 3 Stunden. Der Sintereinsatz hatte die Körnung 5 - 30 mm.
Es wurden jeweils eine Braunkohle und eine subbituminöse Kohle bzw. deren Kokse eingesetzt.
Die subbituminöse Kohle erfordert wegen niedrigerer Reaktivität höhere Reaktionstemperaturen als die Braunkohle.
Bei der Feststoffdirektreduktion von Sinter im Drehrohr sind die schon genannten Sintereigenschaften besonders von Bedeutung. Mechanische Festigkeit und Niedrigtemperaturzerfallsstabilität bestimmen Zerfall und Feinanteilentwicklung im Drehrohr, die Reduzierbarkeit beeinflußt besonders die Ofenleistung.
Besonders Feinanteile - 3 mm stören den Prozeß.
Die Direktreduktionsversuche ergaben folgende Werte für den magnetischen Ofenaustrag:
Bei Basizität von 1,2 werden die geringsten Feinanteilmengen ermittelt. Davon abweichend verhält sich nur die subbutiminöse Kohle, die nur durch das Freisetzen höherer H2-Mengen im Tieftemperaturbereich den bei Temperaturen unter 700 C besonders für Zerfall bei Niedrigtemperaturreduktion anfälligen Sinter zerstört. Dieser Effekt tritt besonders bei hohen Basizitäten auf, da hier der Hämatitanteil im Sinter ebenfalls hoch ist und durch die Umwandlung zu Magnetit vermehrt Gefügespannungen erzeugt. Je geringer der Anteil an freigesetztem H2 aus den Reduktionsmitteln unter 700 0C ist, desto geringer ist der Feinanteil im Ofenaustrag. Entgaste Kohlen führten im Vergleich untereinander zu gleichen Zerfallsergeb- nissen.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß eine Direktreduktion von eisenoxidhaltigem Sinter zu Schwammeisen im Drehrohrofen mit guten Metallisierungsgraden und geringem Zerfall möglich ist.