Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Eisenschwamms bzw. Roheisens

Abstract

 Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Eisenschwamms aus Eisenerz, das in einem Reduktionsschachtofen mittels eines heißen Reduktionsgases zu Eisenschwamm reduziert wird, beschrieben. Hierzu wird in Höhe der Bustle-Ebene (5) in einem Vergaser (2) erzeugtes, gekühltes und in einem Zyklon (12) gereinigtes Reduktionsgas mit einer Temperatur im Bereich zwischen 750 und 900° C in den Schachtofen (1) eingeleitet. Unterhalb der Bustle-Ebene (5) wird Reduktionsgas mit einer Temperatur, die unterhalb der Temperatur des in der Bustle-Ebene eingeleiteten Reduktionsgases liegt, vorzugsweise im Bereich zwischen 650 und 750°C, in den Schachtofen (1) eingeführt. Est wird eine erhöhte Aufkohlung des Eisenschwamms erreicht. Eine verstärkte Kohlenstoffabscheidung ergibt sich weiterhin durch eine Volumenvergrößerung insbesondere durch eine Querschnittserweiterung des unteren Teils des Schachtofens. Schließlich wird die Aufkohlung auch dadurch begünstigt, daß das Verhältnis der Menge des unterhalb der Bustle-Ebene zugeführten Reduktionsgases zur Menge des in der Bustle-Ebene zugeführten Reduktionsgases möglichst groß gemacht wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Eisenschwamms bzw. Roheisens aus Eisenerz, das in einem Reduktionsschachtofen mittels eines heißen Reduktionsgases zu Eisenschwamm reduziert wird, das in den Schachtofen in Höhe der Bustle-Ebene mit einer Temperatur im Bereich zwischen 750 und 900° C sowie unterhalb der Bustle-Ebene eingeleitet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

[0002] Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-PS 30 34 539 bekannt. Hierbei wird in einem Einschmelzvergaser unterhalb des Reduktionsschachtofens heißes Reduktionsgas erzeugt, das jeweils nach Abkühlung über einen mittleren Gaseinlaß und über die mit dem Einschmelzvergaser verbundenen Austrittsöffnungen des Schachtofens in diesen eingeführt wird. Die Einführung über die Austrittsöffnungen ist eine zwangsläufige Folge der direkten Verbindung des unteren Teils des Reduktionsschachtofens mit dem Einschmelzvergaser über Fallrohre zur Überführung des Eisenschwamms in den Einschmelzvergaser ohne die Verwendung von Schleusen oder Absperrorganen. Man ist daher bestrebt, den Anteil der Menge des über die Austrittsöffnungen zugeführten Reduktionsgases im Verhältnis zum Anteil der Menge des über den mittleren Einlaß zugeführten Reduktionsgases durch entsprechende Einstellung der jeweiligen Strömungswiderstände möglichst klein zu machen. Beide Gasströme werden in dem Maße abgekühlt, daß sie bei Eintritt in den Reduktionsschachtofen eine Temperatur im Bereich von 760° C bis 850° C besitzen. Bei dem bekannten Verfahren und der hierfür verwendeten Vorrichtung werden keine besonderen Maßnahmen getroffen, um den Kohlenstoffgehalt des erzeugten Eisenschwamms bzw. Roheisens zu erhöhen. Für die verfahrensführungsschmelzmetallurgischer Prozesse ist man jedoch häufig an einem Roheisen mit hohem Kohlenstoffgehalt interessiert. Hierfür ist Voraussetzung, daß bereits das vorreduzierte Eisenerz, das heißt der Eisenschwamm, eine entsprechende Kohlenstoffanreicherung aufweist.

[0003] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem bzw. der ein kohlenstoffreicher Eisenschwamm erhalten wird.

[0004] Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erhöhung des des Kohlenstoffgehalts des Eisenschwamms bzw. Roheisens die Temperatur des unterhalb der Bustle-Ebene eingeleiteten Reduktionsgases auf einen Wert unterhalb der Temperatur des in Höhe der Bustle-Ebene eingeleiteten Reduktionsgases eingestellt wird. Hierbei wird die Temperatur des unterhalb des Bustle-Ebene eingeleiteten Reduktionsgases vorzugsweise auf einen Wert innerhalb des Bereiches von ca. 650 bis 750° C eingestellt. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieses Verfahrens wird die Verweilzeit des reduzierten Eisenerzes im Bereich zwischen der Bustle-Ebene und der Ebene der unterhalb der Bustle-Ebene liegenden Einlässe für das Reduktionsgas möglichst groß gewählt. Weiterhin wird vorzugsweise das Verhältnis der Menge des unterhalb der Bustle-Ebene zugeführten Reduktionsgases zur Menge des in Höhe der Bustle-Ebene zugeführten Reduktionsgases möglichst groß gewählt.

[0005] Bei der Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schachtofen im Bereich zwischen der Bustle-Ebene und den Einlaßöffnungen für das Reduktionsgas unterhalb der Bustle-Ebene einen größeren Querschnitt besitzt als oberhalb der Bustle-Ebene. Vorzugsweise besitzt hierzu der Leitungsweg für das unterhalb der Bustle-Ebene zugeführte Reduktionsgas einen möglichst geringen Widerstand und ist der Abstand zwischen der Bustle-Ebene und der Ebene der unterhalb der Bustle-Ebene liegenden Reduktionsgas-Einlässe möglichst gering.

[0006] Die Kohlenstoffanlagerung an die innere Oberfläche des Eisenschwamms läuft über die Reaktionen


ab. Die Anlagerung von kohlenstoffhaltigem

[0007] Staub an die äußere Oberfläche des Eisenschwamms bringt dagegen keine Vorteile, da dieser Staub beispielsweise im nachgeschalteten Einschmelzvergaser wieder abgerieben wird. Die Zementitbildung ist bei höheren Temperaturen begünstigt, doch läuft diese nur in begrenztem Maße ab.

[0008] Der CO-Zerfall über die Boudouard-Reaktion ist dagegen bei niedrigen Temperaturen begünstigt.

[0009] Die Reduktion des Eisenerzes wird bei Temperaturen von ca. 850° C durchgeführt. Bei diesen Temperaturen kann sich nur wenig Kohlenstoff aus dem Reduktionsgas abscheiden, insbesondere dann, wenn dessen C0₂-Gehalt über 3 % liegt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren findet daher eine zweistufige Prozeßführung statt, bei der zunächst die Reduktion des Eisenerzes bei einer Temperatur von ca. 850° C durchgeführt wird und anschließend der erzeugte Eisenschwamm bei einer niedrigeren Temperatur, das heißt vorzugsweise im Bereich von 650° C bis 750° C aufgekohlt wird.

[0010] Die Erfindung wird im folgenden anhand in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Erzeugung von Roheisen aus Eisenerz mit einem Einschmelzvergaser und

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Erzeugung von Eisenschwamm aus Eisenerz mit einem Kohlevergaser.

[0011] Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung dient zur direkten Erzeugung von flüssigem Roheisen aus stückigem Eisenerz mit einem . Reduktionsschachtofen 1 und einem Einschmelzvergaser 2. Das Eisenerz wird über einen Einlaß 3 in den oberen Teil des Schachtofens 1 eingeführt, während das im Schachtofen erzeugte Gichtgas durch einen Auslaß 4 im oberen Teil des Ofens herausgeführt wird. Die Reduktion des zugeführten Eisenerzes erfolgt im wesentlichen oberhalb der Bustle-Ebene 5, in deren Höhe Reduktionsgas mit bekannter Zusammensetzung und mit einer Temperatur von vorzugsweise 850° C über ringförmig am Umfang des Reduktionsschachtofens 1 angeordnete Einlässe 6 eingeleitet wird.

[0012] Der Reduktionsschachtofen 1 und der darunter angeordnete Einschmelzvergaser 2 sind durch Fallrohre 7 miteinander verbunden. Diese Fallrohre 7 münden einerseits in öffnungen im Boden des Reduktionsschachtofens 1 und andererseits in öffnungen im oberen Teil des Einschmelzvergasers 2. Sie dienen zur Überführung des durch Reduktion des Eisenerzes erzeugten Eisenschwamms vom Schachtofen 1 in den Einschmelzvergaser 2 sowie zur Beförderung des im Einschmelzvergaser 2 erzeugten Reduktionsgases in den unteren Bereich des Schachtofens 1. Hierbei wird das im Einschmelzvergaser 2 eine Temperatur von etwa 1000° C aufweisende Reduktionsgas so weit abgekühlt, daß es bei Eintritt in den Reduktionsschachtofen 1 nur noch eine Temperatur von etwa 700° C aufweist.

[0013] Die Abkühlung erfolgt durch Zumischung von Kühlgas in entsprechender Menge, das aus einer Sammelleitung 8 über eine Leitung 9 in die Fallrohre 7 eingeleitet wird.

[0014] Aus dem Einschmelzvergaser 2 wird weiterhin über eine Leitung 10 Reduktionsgas herausgeführt, dem über eine Leitung 11 Kühlgas zugemischt wird, derart, daß das Gas eine Temperatur von etwa 850° C besitzt. Dieses wird in einem Zyklon 12 von Staubteilchen befreit und dann in der Bustle-Ebene 5 in den Reduktionsschachtofen 1 eingeleitet. Der im Zyklon 12 anfallende Staub wird über eine Leitung 13 in den Einschmelzvergaser 2 zurückgeführt.

[0015] Durch die unterschiedlichen Temperaturen des in verschiedenen Ebenen des Schachtofens 1 eingeleiteten Reduktionsgases findet oberhalb der Bustle-Ebene 5 im wesentlichen eine Reduktion und unterhalb dieser Ebene im wesentlichen eine Aufkohlung des Eisenschwamms statt.

[0016] Da die Kohlenstoffabscheidung jedoch nicht nur von der Reaktionstemperatur, sondern auch von der Menge des durch die Fallrohre 7 in den Reduktionsschachtofen 1 einströmenden Reduktionsgases sowie von der Verweildauer des Eisenschwamms in diesem Gasstrom abhängt, kann die Kohlenstoffabscheidung zusätzlich durch eine entsprechende Dimensionierung des unterhalb der Bustle-Ebene gelegenen Teils des Reduktionsschachtofens 1 beeinflußt werden. Eine weitere Möglichkeit der Steuerung der Aufkohlung im unteren Bereich des Schachtofens 1 besteht in einer entsprechenden Einstellung der Strömungswiderstände für die beiden Teilströme des Reduktionsgases. Um den Gasfluß durch die Fallrohre 7 möglichst groß zu machen, können der Druckverlust im Zyklon 12 und das Verhältnis aus der Querschnittsfläche des Schachtofens 1 unterhalb der Bustle-Ebene 5 zu dem Abstand zwischen der Bustle-Ebene und den Einlaßöffnungen der Fallrohre 7 im Schachtofen erhöht werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß eine Regelung der Teilstrommengen mittels Regelklappen bei den heißen staubhaltigen Gasen nicht möglich ist. Das Verhältnis der Menge des durch die Fallrohre 7 zugeführten _Reduktions- gases zur Menge des in der Bustle-Ebene 5 zugeführten Reduktionsgases liegt zwischen 0,1 und 0,5, vorzugsweise bei 0,3. Der Durchgangswiderstand für das in der Bustle-Ebene 5 zuzuführende Reduktionsgas ist so bemessen, daß er einem Druckabfall zwischen 10 und 100 mbar entspricht.

[0017] Die Verweilzeit des reduzierten Eisens im Bereich zwischen der Bustle-Ebene 5 und den Einlaßöffnungen der Fallrohre 7 im Boden des Reduktionsschachtofens beträgt zwischen 1 bis 4 Stunden, vorzugsweise etwa 3 Stunden. Die große Verweilzeit des Eisenschwamms im aus den Fallrohren 7 aufsteigenden Reduktionsgasstrom wird erreicht durch ein möglichst großes Volumen des Reduktionsschachtofens 1 zwischen der Bustle-Ebene 5 und der Ebene, in der die Fallrohre 7 in den Schachtofen münden. Hierbei ist zu beachten, daß, wenn man den Abstand zwischen den beiden genannten Ebenen vergrößert, zwar das Volumen des Schachtofens in diesem Bereich entsprechend vergrößert, jedoch der Strömungswiderstand für das aufsteigende Reduktionsgas erhöht und damit die Gasmenge entsprechend verringert wird. Dieses Problem kann in der Weise gelöst werden, daß man den Schachtquerschnitt unterhalb der Bustle-Ebene 5 vergrößert, wodurch bei gleichbleibendem Strömungswiderstand das Volumen dieses Bereiches des Schachtofens 1 vergrößert wird.

[0018] Es ist daher ein möglichst großes Volumen dieses Schachtofenabschnittes bei gleichzeitig möglichst geringem Abstand zwischen der Bustle-Ebene und den unteren Einlässen für das Reduktionsgas anzustreben. Das Verhältnis des Abstandes zwischen der Bustle-Ebene 5 und den Einlaßöffnungen der Fallrohre 7 im Boden des Reduktionsschachtofens zum Durchmesser des Schachtofens in diesem Bereich (H/F) liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,0. Eine weitere Steuerung der Strömungswiderstände kann durch entsprechende Bemessung der Leitungsquerschnitte und durch einen zusätzlichen Druckverlust der Bustle erfolgen.

[0019] In der Vorrichtung nach Fig. 2 sind diejenigen Teile, die denen der Vorrichtung nach Fig. 1 entsprechen, . mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der wesentliche Unterschied zwischen diesen beiden Vorrichtungen besteht darin, daß die Vorrichtung nach Fig. 2 anstelle eines Einschmelzvergasers einen Kohlevergaser 14 aufweist. Dieser erzeugt in bekannter Weise aus Kohle und Sauerstoff das für den Reduktionsschachtofen 1 benötigte Reduktionsgas. Da dieses bei Austritt aus dem Kohlevergaser 14 eine Temperatur von etwa 1500° C aufweist, wird es zunächst in einem Abhitzesystem 15 auf 1000° C abgekühlt. Anschließend wird der Reduktionsgasstrom in zwei Teilströme aufgeteilt, wobei der eine Teilstrom über die Leitung 10 nach Abkühlung auf 850° C durch Vermischen mit über die Leitung 11 zugeführtem Kühlgas und Entstaubung in einer Entstaubvorrichtung 16 in Höhe der Bustle-Ebene 5 und der andere Teilstrom nach Abkühlung auf 700° C durch Zumischen vcnüber die Leitung 9 zugeführtem Kühlgas im Bodenbereich des Reduktionsschachtofens 1 in diesen eingeführt werden. Die Austrag- öffnungen für den Eisenschwamm sind hierbei von den Einlaßöffnungen für das Reduktionsgas im Bodenbereich des Schachtofens getrennt. Auch hier weist der Schachtofen 1 im unterhalb der Bustle-Ebene 5 liegenden Bereich einen gegenüber dem des oberen Bereiches vergrößerten Querschnitt auf. Die Aufkohlung des Eisenschwamms wird hier somit in gleicher Weise erreicht wie bei der Vorrichtung nach Fig. 1.

Ansprüche

l. Verfahren zur Herstellung eines Eisenschwamms bzw. Roheisens aus Eisenerz, das in einem Reduktionsschachtofen mittels eines heißen Reduktionsgases zu Eisenschwamm reduziert wird, das in den Schachtofen in Höhe der Bustle-Ebene mit einer Temperatur im Bereich zwischen 750 und 900° C sowie unterhalb der Bustle-Ebene eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des Kohlenstoffgehalts des Eisenschwamms bzw. Roheisens die Temperatur des unterhalb der Bustle-Ebene (5) eingeleiteten Reduktionsgases auf einen Wert unterhalb der Temperatur des in Höhe der Bustle-Ebene (5) eingeleiteten Reduktionsgases eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des unterhalb der Bustle-Ebene (5) eingeleiteten Reduktionsgases auf einen Wert innerhalb des Bereiches von ca. 650 bis 850° C eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des reduzierten Eisenerzes im Bereich zwischen der Bustle-Ebene (5) und der Ebene der unterhalb der Bustle-Ebene liegenden Einlässe für das Reduktionsgas möglichst groß gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des reduzierten Eisenerzes im Bereich zwischen der Bustle-Ebene (5) und der Ebene der unterhalb der Bustle-Ebene liegenden Einlässe für das Reduktionsgas zwischen 1 und 4 Stunden, vorzugsweise bei etwa 3 Stunden liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Menge des unterhalb der Bustle-Ebene (5) zugeführten Reduktionsgases zur Menge des in Höhe der Bustle-Ebene (5) zugeführten Reduktionsgases möglichst groß gewählt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verhältnis der Menge des unterhalb der Bustle-Ebene (5) zugeführten Reduktionsgases zur Menge des in Höhe der Bustle-Ebene (5) zugeführten Reduktionsgases ein Wert zwischen 0,1 bis 0,5, vorzugsweise 0,3 gewählt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das unterhalb der Bustle-Ebene (5) eingeleitete Reduktionsgas im Bodenbereich des Schachtofens (1) zugeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgangswiderstand für das Reduktiohsgas zu den in der Bustle-Ebene (5) liegenden Einlässen (6) möglichst groß und der Durchgangswiderstand für das Reduktionsgas zu den unterhalb der Bustle-Ebene (5) liegenden Einlässen möglichst gering ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein einem Druckabfall zwischen 10 und 100 mbar entsprechender Wert für den Durchgangswiderstand für das Reduktionsgas zu den in der Bustle-Ebene (5) liegenden Einlässen (6) gewählt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsgas aus einem Vergaser (2;14) nach Zumischung von Kühlgas unterhalb der Bustle-Ebene (5) direkt in den Schachtofen (1) eingeleitet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsgas aus dem Vergaser (2) nach Zumischung von Kühlgas über einen Zyklon (12) in Höhe der Bustle-Ebene (5) in den Schachtofen (1) eingeleitet:wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Schachtofens (1) zwischen der Bustle-Ebene (5) und der Ebene der unterhalb der Bustle-Ebene liegenden Einlässe für das Reduktionsgas bei möglichst geringem Abstand dieser Ebenen voneinander möglichst groß gewählt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verhältnis des Abstandes zwischen der Bustle-Ebene (5) und der Ebene der unterhalb der Bustle-Ebene liegenden Einlässe für das Reduktionsgas zu dem Durchmesser des Schachtofens (1) in diesem Bereich ein Wert zwischen 0,5 und 1,0 gewählt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Bustle-Ebene auf einen Wert zwischen 850° C und 1000° C eingestellt wird und dem Eisenerz Kalkstein und/oder Dolomit zugemischt wird, welches im Reduktionsschacht oberhalb der Bustle-Ebene entsäuert wird.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schachtofen (1) im Bereich zwischen der Bustle-Ebene (5) und den Einlaßöffnungen für das Reduktionsgas unterhalb der Bustle-Ebene (5) einen größeren Querschnitt besitzt als oberhalb der Bustle-Ebene (5).

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitungen (7,10) für das Reduktionsgas zum Schachtofen (1) mit einer Kühlgasleitung (8) zur Einstellung der jeweils gewünschten Temperatur des Reduktionsgases verbunden sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsweg (10,12) für das in der Bustle-Ebene (5) zugeführte Reduktionsgas einen möglichst großen Widerstand besitzt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsweg (10,12) für das in der Bustle-Ebene (5) zugeführte Reduktionsgas einen einem Druckabfall im Bereich zwischen lO und 100 mbar entsprechenden Durchgangswiderstand besitzt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsweg (7) für das unterhalb der Bustle-Ebene (5) zugeführte Reduktionsgas einen möglichst geringen Widerstand besitzt und daß der Abstand zwischen der Bustle-Ebene (5) und der Ebene der unterhalb der Bustle-Ebene (5) liegenden Reduktionsgas-Einlässe möglichst gering ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Abstandes zwischen der Bustle-Ebene (5) und der Ebene der unterhalb der Bustle-Ebene liegenden Einlässe für das Reduktionsgas zu dem Durchmesser des Schachtofens (1) in diesem Bereich zwischen 0,5 und 1,0 beträgt.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Erzeugung des Reduktionsgases verwendete Vergaser ein Einschmelzvergaser (2) ist und daß Fallrohre (7) für den Eisenschwamm zwischen dem Schachtofen (1) und dem Einschmelzvergaser (2) zur Zuführung des unterhalb der Bustle-Ebene (5) eingeleiteten Reduktionsgases vorgesehen sind.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Erzeugung des Reduktionsgases verwendete Vergaser ein Kohlevergaser (14) ist.

Zeichnung