Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Metall, insbesondere von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten, aus Metallträgern, insbesondere teilreduziertem oder reduziertem Eisenschwamm, in einem Einschmelzvergaser, in dem unter Zuführung von zumindest teilweise aus Feinkohle und Kohlestaub gebildetem kohlenstoffhältigem Material und Sauerstoff oder sauerstoffhältigem Gas in einem aus dem kohlenstoffhältigen Material gebildeten Bett die Metallträger bei gleichzeitiger Bildung eines Reduktionsgases eingeschmolzen werden, gegebenenfalls nach vorheriger Fertigreduktion, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Ein Problem beim Zuführen feinteilchenförmigen kohlenstoffhältigen Materials, wie Feinkohle und Kohlestaub, in einen Einschmelzvergaser liegt darin, daß das feinteilchenförmige kohlenstoffhältige Material aufgrund der im Einschmelzvergaser vorhandenen Gasgeschwindigkeiten sofort wieder aus diesem ausgetragen wird. Dies trifft in gleichem Maß auch für feinteilchenförmiges Erz zu. Um dies zu verhindern, wurde beispielsweise in der AT-B - 401 777 vorgeschlagen, Kohlenstoffträger gemeinsam mit Feinerz und/oder Erzstaub mittels Staubbrennern in den Einschmelzvergaser einzubringen, und zwar in den unteren Bereich des Einschmelzvergasers. Hierbei kommt es zu einer unterstöchiometrischen Verbrennung der eingesetzten Kohlenstoffträger. Nachteilig ist hierbei, daß die Kohlenstoffträger keinen Beitrag zum Aufbau eines aus festen Kohlenstoffträgern gebildeten Bettes im Einschmelzvergaser leisten können.
Es ist intern bekannt, einem Einschmelzvergaser in dessen oberen Bereich feinteilchenförmige Kohle zuzuführen, wobei die feinteilchenförmige Kohle zu Koks umgesetzt wird, der Koks mit Reduktionsgas ausgetragen und abgeschieden wird und anschließend gemeinsam mit feinteilchenförmigem Material dem Einschmelzvergaser über einen Brenner zugeführt wird. Hierdurch wird jedoch ebenfalls nichts zum Aufbau eines aus kohlenstoffhältigem Material gebildeten Bettes beigetragen.
Ein solches Bett wird üblicherweise aus stückiger Kohle, die eine hohe Thermostabilität aufweisen muß, gebildet. Auf Grund der Entwicklung des Kohlemarktes, welcher durch die Anforderungen der Kohlekraftwerksbetreiber bestimmt wird, kann es vorkommen, daß bevorzugt Feinkohle für die heute üblichen Kohlenstaubbrenner angeboten wird. Die früher üblichen Rostfeuerungen, welche den Einsatz von stückiger Kohle notwendig machten, spielen am Markt der Kohleverbraucher nur mehr eine untergeordnete Rolle. Dies hat zur Folge, daß der Feinanteil der am Markt angebotenen Kohlen einen erheblichen Umfang annehmen kann, welcher sich in der Größenordnung von bis zu 50 bis 70% bewegt.
Beim Einsatz solcher Kohlen in einen Einschmelzvergaser muß üblicherweise zunächst der Feinanteil der Kohle abgesiebt werden, so daß nur der Grobanteil, d.h. die stückige Kohle, für den Einsatz in den Einschmelzvergaser zur Verfügung steht. Der Feinanteil wird einer anderwertigen Verwendung zugeführt.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, den Feinanteil ebenfalls nutzbringend in der Weise zu verwerten, daß er zum Aufbau eines aus kohlenstoffhältigem Material gebildeten Bettes im Einschmelzvergaser beiträgt, wodurch die Kosten für den Einsatz stückigen kohlenstoffhältigen Materials gesenkt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Einsatz gelangende Feinkohle und Kohlestaub nach einer Trocknung im warmen Zustand mit Bitumen vermischt und anschließend kalt brikettiert werden und daß die hierbei erzeugten Briketts in den Einschmelzvergaser im kalten Zustand eingesetzt und im Einschmelzvergaser einer Schock-Erhitzung unterworfen werden.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die so erzeugten Briketts eine ausgezeichnete Thermostabilität aufweisen, welche sogar die Thermostabilität stückigen kohlenstoffhältigen Materials übertrifft. Die Briketts zeigen eine geringe Zerfallserscheinung bei den schockartig einwirkenden Temperaturen des Einschmelzvergasers von ca. 1000°C. Dies ist auf die Eigenschaften des als Bindemittel eingesetzten Bitumens zurückzuführen, welches bei der angegebenen hohen Temperatur rasch schmilzt und dadurch zu einer vorteilhaften Brückenbildung zwischen den Kohlepartikeln Anlaß gibt. Wesentlich ist hierbei, daß das Bitumen bei der angegebenen Temperatur nicht ausgast und darüber hinaus seine teigige Konsistenz und Bindefähigkeit behält.
Aus der DE-A - 24 07 780 ist es bekannt, Steinkohlebriketts aus einer Mischung aus aufbereiteter hochwertiger, insbesondere Anthrazit und/oder Magerfein- oder Feinkohle als Einsatzkohle und Hochvakuumbitumen als Bindemittel einzusetzen, wobei die so hergestellten Briketts zur Verfeuerung, z.B. in Hausbrandöfen, dienen oder gegebenenfalls, soferne sie einem thermischen Prozeß unterzogen werden, wie einer Oxidation, Schwelung oder Verkokung, auch in einem Hochofen eingesetzt werden können. Diese Briketts erfüllen jedoch eine andere Anforderung als die erfindungsgemäß hergestellten Briketts, zumal es bei den erfindungsgemäßen Briketts auf eine Thermostabilität ankommt, d.h. die Briketts sollen auch bei plötzlichen Temperaturschocks bei einem Chargieren in einen Einschmelzvergaser nicht zerplatzen, wogegen es gemäß der DE-A - 24 07 780 darauf ankommt, daß die Briketts eine hohe Standfestigkeit aufweisen, also eine hohe Druckbeständigkeit, um in den Hochofen eingesetzt werden zu können. Gemäß dem bekannten Verfahren wird das Hochvakuumbitumen auf 200°C erhitzt und nach Mischung mit der Feinkohle bei einer Temperatur von etwa 85°C brikettiert. Durch den hohen Anteil von Koksbildnern in den bekannten Briketts wird ein Koksgerüst gebildet, wodurch sich eine hohe Standfestigkeit ergibt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden Feinkohle und Kohlestaub bei und/oder nach einer Trocknung aus dem zum Einsatz gelangenden kohlenstoffhältigen Material abgeschieden und im warmen Zustand weiterbehandelt.
Beim Abscheiden der Feinkohle und des Kohlestaubes anfallendes stückiges kohlenstoffhältiges Material wird nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens direkt in den Einschmelzvergaser eingesetzt.
Vorzugsweise wird Feinkohle mit einer Teilchengröße kleiner gleich 8 mm aus dem kohlenstoffhältigen Material abgeschieden.
Aus der EP-B - 0 315 825 ist ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art bekannt, bei dem Feinkohle nach Aufmahlen mit einem Bindemittel, etwa Kalk, Melasse, Pech oder Teer, vermischt und granuliert wird und anschließend in einen Einschmelzvergaser eingeführt wird. Gemäß der Erfindung wird allerdings nicht granuliert, sondern brikettiert, wobei die Briketts gegenüber Granulaten eine höhere thermomechanische Stabilität aufweisen. Nachteilig ist gemäß der EP-B - 0 315 825 weiters der hohe Energieaufwand, der zum Mahlen der Feinkohle erforderlich ist. Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß das zum Einsatz gelangende kohlenstoffhältige Material nicht aufgemahlen wird, sondern die Feinkohle und der Kohlestaub abgeschieden werden.
Aus der AT-B - 376 241 ist ein Verfahren bekannt, gemäß dem die aus einem Einschmelzvergaser mit dem Reduktionsgas ausgetragenen, aus staub förmigem Kohlenstoff bestehenden Feststoffe aus dem Reduktionsgas abgeschieden und agglomeriert werden und die gebildeten Agglomerate, insbesondere Formkoks, in den Einschmelzvergaser rückgeführt werden. Hierbei wird jedoch nicht, wie erfindungsgemäß, das zum Einsatz gelangende kohlenstoffhältige Material agglomeriert und es kann keine Feinkohle in größerem Ausmaß zum Einsatz gelangen. Weiters ergibt sich beim Verfahren gemäß der AT-B - 376 241 ein Nachteil dann, daß die Agglomeriereinrichtung unmittelbar nach dem Heißzyklon zur Abscheidung des staubförmigen Kohlenstoffs angeordnet ist, was einen erheblichen konstruktiven Aufwand bedingt.
Erfindungsgemäß wird die aus dem zum Einsatz gelangenden kohlenstoffhältigen Material abgeschiedene Feinkohle bzw. der Kohlestaub mit Bitumen vermischt und brikettiert, wobei die Brikettierung der Trocknung des kohlenstoffhältigen Materials nachgeschaltet ist. Zweckmäßig wird hierbei der Wärmeinhalt der Feinkohle und des Kohlestaubs nach der Trocknung beim Mischvorgang mit Bitumen und beim Brikettieren ausgenutzt. Es muß keine zusätzliche thermische Energie zum Brikettieren aufgewendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden die Feinkohle und der Kohlestaub mit dem Bitumen bei einer Temperatur unter 100°C. vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 75 und 80°C, vermischt. Vorteilhaft wird Bitumen mit einem Erweichungspunkt unter 80°C, vorzugsweise unter 75°C, eingesetzt.
Gegebenenfalls wird beim Mischvorgang zusätzlich Wärme zugeführt, um ein Erweichen des Bitumens sicherzustellen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als kohlenstoffhältiges Material bis zu 30% Petrolkoks eingesetzt, der an und für sich eine unzureichende Thermostabilität aufweist. Die mittels der erfindungsgemäßen Vorgangsweise erhaltenen Briketts weisen dennoch eine ausreichend hohe Thermostabilität auf.
Vorzugsweise wird das zum Einsatz gelangende kohlenstoffhältige Material auf einen Restfeuchtigkeitsgehalt unter 5% getrocknet.
Gemäß einer Ausführungsvariante werden Brikettbruchstücke von den aus der Feinkohle und dem Kohlestaub gebildeten Briketts abgeschieden und in den Brikettierungsprozeß rezykliert.
Die aus der Feinkohle und dem Kohlestaub gebildeten Briketts werden vorteilhaft beim und/oder nach dem Brikettieren auf eine Temperatur unter 30°C abgekühlt. Sie weisen eine besonders hohe Temperaturstabilität auf, insbesondere durch die Schock-Erhitzung beim Einsetzen in den Einschmelzvergaser.
Erfindungsgemäß wird zweckmäßig Kohle mit einem Aschegehalt von 10 bis 25 % eingesetzt. Hierdurch zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch eine besonders hohe Wirtschaftlichkeit aus, so daß auch das flüssige Metall, das im Einschmelzvergaser aus teil- oder vollreduzierten Metallerzen erschmolzen wurde, preisgünstig hergestellt werden kann, denn für den Einschmelzvergaser wird, wie einleitend beschrieben, genau das kohlenstoffhältige Material eingesetzt, das für die Herstellung der Briketts, die ja sozusagen als Nebenprodukt bei der Verwertung des feinteiligen Anteiles des kohlenstoffhältigen Materials anfallen, verwendet wird.
Erfindungsgemäß wird weiters Kohle mit flüchtigen Anteilen zwischen 18 und 35 % eingesetzt. Es ist also nicht notwendig, hochwertige Kohle zu verwenden.
Vorzugsweise wird die Feinkohle und der Kohlenstaub mit der Temperatur aus der Kohletrocknung heraus mit Bitumen, das etwa dieselbe Temperatur aufweist, vermischt, wobei zweckmäßig die Temperatur des zu mischenden Gutes beim Mischen 70 bis maximal 100°C, vorzugsweise 75 bis 85°C, beträgt. Hierdurch ist eine gute Bindewirkung des Bitumens sichergestellt, ebenso wie eine kostengünstige Temperaturführung. Zudem muß das Mischprodukt aus Feinkohle, Kohlestaub und Bitumen nicht oder nur gering abgekühlt werden, bevor es brikettiert wird.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß als Bitumen ortsüblich für den Straßenbau zu verwendendes Bitumen eingesetzt werden kann. Es ist also nicht notwendig, an das Bitumen besondere Anforderungen zu stellen.
Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einem Einschmelzvergaser, mit einer in den Einschmelzvergaser mündenden Zuleitung für Metallträger, insbesondere für teilreduzierten oder reduzierten Eisenschwamm, mit Zuleitungen für Sauerstoff oder ein sauerstoffhältiges Gas und für zumindest teilweise aus Feinkohle und Kohlestaub gebildetes kohlenstoffhältiges Material, mit einer vom Einschmelzvergaser ausgehenden Ableitung für im Einschmelzvergaser gebildetes Reduktionsgas und einem am Einschmelzvergaser vorgesehenen Abstich für Roheisen und Schlacke, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Trocknungseinrichtung zur Trocknung von zum Einsatz gelangenden kohlenstoffhältigen Material vorgesehen ist, welcher ein Mischer und daran anschließend eine Kaltbrikettiereinrichtung zum Brikettieren von Feinkohle und Kohlestaub nachgeschaltet sind, wobei die Kaltbrikettiereinrichtung leitungsmäßig mit dem Einschmelzvergaser verbunden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Abscheideeinrichtung zum Abscheiden von Feinkohle und Kohlestaub aus dem zum Einsatz gelangenden kohlenstoffhältigen Material vorgesehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Zuleitung zum Einsetzen von stückigem kohlenstoffhältigen Material direkt in den Einschmelzvergaser vorgesehen.
Zum Erwärmen des Mischers ist zweckmäßig ein Dampferzeuger vorgesehen.
Vorzugsweise ist zwischen der Kaltbrikettiereinrichtung und dem Einschmelzvergaser eine Einrichtung zum Abscheiden von Brikettbruchstücken vorgesehen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
In der Zeichnung ist mit 1 ein Einschmelzvergaser bezeichnet, in den über eine Zuführung 2 zumindest teilweise reduzierter Eisenschwamm 3 eingebracht wird, der im Einschmelzvergaser 1, gegebenenfalls nach Fertigreduzieren, eingeschmolzen wird, und zwar bei Durchtritt durch ein aus kohlenstoffhältigem Material gebildetes Bett 4. Der Einschmelzvergaser 1 ist weiters mit einer Zuleitung 5 für Sauerstoff bzw. ein sauerstoffhältiges Gas, mit Zuleitungen 6a, 6b für kohlenstoffhältiges Material, mit einer Ableitung 7 für im Einschmelzvergaser 1 gebildetes Reduktionsgas sowie mit jeweils eigenen Abstichen 8, 8a für schmelzflüssiges Roheisen 9 bzw. schmelzflüssige Schlacke 10 ausgestattet.
Das zum Einsatz gelangende kohlenstoffhältige Material 11 wird in einer ersten Trocknungseinrichtung 12 getrocknet. Der hierbei anfallende Kohlestaub 13 wird abgezogen und in einer zweiten Trocknungseinrichtung 14 weiter behandelt. Das warm aus der ersten Trocknungseinrichtung 12 ausgetragene kohlenstoffhältige Material, das eine Temperatur von etwa 60°C aufweist, wird einer Abscheideeinrichtung 15, beispielsweise einem Sieb, zugeführt, wobei Feinkohle 16 von stückigem kohlenstoffhältigem Material 17 abgeschieden wird. Beispielsweise wird Feinkohle 16 mit einer Teilchengröße kleiner gleich 8 mm abgeschieden.
Das stückige kohlenstoffhältige Material 17 wird über die Zuleitung 6b direkt dem Einschmelzvergaser 1 zugeführt. Die Feinkohle 16 hingegen gelangt in einen Vorratsbehälter 18 und von diesem zu einem Mischer 19, in dem die Feinkohle 16 mit Bitumen 20 vermischt wird, das einem Bitumentank 21 entnommen wird. Weiters wird dem Mischer 19 der Kohlestaub 13 aus der zweiten Trocknungseinrichtung 14, der in einem Kohlestaubbehälter 22 zwischengelagert wird, zugeführt.
Der Mischer 19 wird mittels im Dampferzeuger 23 erzeugten Dampfes auf ca. 75 - 80°C erwärmt. Dadurch ist sichergestellt, daß der Erweichungspunkt des zugeführten Bitumens 20 überschritten wird. Es ist aber auch möglich, daß der Wärmeinhalt der Feinkohle 16 ausreicht, um die für die Erweichung des Bitumens 20 nötige Wärmeenergie einzubringen, so daß hierfür keine zusätzliche Energie in Form von Dampf aufgewendet werden muß.
Das eingesetzte Bitumen 20 kann gewöhnliches Erdölbitumen für Straßenbauzwecke mit einem Erweichungspunkt unter 75°C sein, welches weltweit kostengünstig verfügbar ist. beispielsweise Bitumen der Sorte B70 gemäß ÖNORM B3610, das folgende Spezifikationen aufweist:
Das Gemisch aus Feinkohle 16, Kohlestaub 13 und Bitumen 20 wird anschließend mittels einer Kaltbrikettiereinrichtung 24 bei einer Temperatur von etwa 70 bis 75°C kalt brikettiert, d.h. für die Brikettierung wird keine zusätzliche thermische Energie aufgewendet. Die so erzeugten Briketts 25 werden schließlich einer Einrichtung 26 zum Abscheiden von Brikettbruchstücken, die nicht die für den Einsatz in den Einschmelzvergaser 1 erforderliche Größe aufweisen, zugeführt, welche Einrichtung 26 gleichzeitig als Kühleinrichtung dient. Die Briketts 25 werden hierbei auf eine Temperatur von unter 30°C abgekühlt.
Die Brikettbruchstücke, die nicht die für den Einsatz in den Einschmelzvergaser 1 erforderliche Größe aufweisen, werden in den Brikettierungsprozeß rezykliert. Sie gelangen zunächst in einen Sammelbehälter 27 und von diesem in den Vorratsbehälter 18 für Feinkohle 16.
Die Briketts 25 werden über die Zuleitung 6a dem Einschmelzvergaser 1 zugeführt, in dem sie einer Schock-Erhitzung unterzogen werden. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die Briketts 25 eine äußerst hohe Thermostabilität aufweisen, die sogar höher ist als die Thermostabilität des stückigen kohlenstoffhältigen Materials 17, wie anhand des nachfolgenden Beispiels verdeutlicht wird.
Südafrikanische und australische Steinkohle wurden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren getrocknet und abgesiebt, wobei eine Fraktion aus stückiger Kohle und aus Kohlestaub und Feinkohle erhalten wurde. Der Kohlestaub und die Feinkohle wurden unter Anwendung des erfindungsgemäßen Brikettierverfahrens brikettiert. Die Thermostabilität der so erzeugten Briketts wurde sodann mit der Thermostabilität der jeweiligen stückigen Kohle verglichen.
Die Ermittlung der Thermostabilität erfolgte in der Weise, daß eine Einsatzfraktion mit einer Teilchengröße von 10 bis 16 mm einer thermischen Behandlung unterzogen und nach der thermischen Behandlung abgesiebt wurde. Der Anteil mit einer Teilchengröße über 10 mm bzw. mit einer Teilchengröße unter 2 mm wurden jeweils ausgewogen und in Prozenten der Einsatzmenge angegeben. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.
Je höher der Anteil mit einer Teilchengröße über 10 mm und je geringer der Anteil mit einer Teilchengröße unter 2 mm war, desto größer war die Thermostabilität. Wie aus Tabelle 1 deutlich hervorgeht, war die Thermostabilität der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugten Briketts beträchtlich größer als die der jeweiligen stückigen Kohle.
Durch die erfindungsgemäße Vorgangsweise werden somit Briketts aus Feinkohle und Kohlestaub zur Verfügung gestellt, die eine überaus hohe Thermostabilität aufweisen, so daß sie ohne weiteres in einen Einschmelzgaser eingesetzt werden können, wobei die Zerfallserscheinung der Briketts auch bei den schockartig einwirkenden Temperaturen des Einschmelzvergasers von ca. 1000°C sehr gering ist. Hierdurch gelingt der Einsatz von Feinkohle und Kohlestaub in einen Einschmelzvergaser in ökonomischer Weise, und zwar in der Art, daß die aus der Feinkohle und dem Kohlestaub erzeugten Briketts zum Aufbau eines aus Kohlenstoffträgern gebildeten Betts im Einschmelzvergaser beitragen, wodurch beträchtliche Kosten für den Einsatz stückigen kohlenstoffhältigen Materials eingespart werden können.