VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON EISENAGGLOMERATEN, EISENAGGLOMERATE SOWIE IHRE VERWENDUNG

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisenagglomeraten, entsprechend hergestellte Eisenagglomerate sowie eine Verwendung der entsprechenden Eisenaqqlomerate.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisenagglomeraten. Des Weiteren betrifft die Erfindung entsprechend hergestellte Eisenagglomerate, sowie eine Verwendung der entsprechenden Eisenagglomerate.

[0002] Das Funktionsprinzip und das Betreiben von Sinteranlagen ist Stand der Technik. Nach Durchlaufen der Sinteranlage und einer Kühlung wird der gekühlte Sinter zerkleinert und auf Siebmaschinen klassiert, wobei Feinanteile (Feinsinter) bis zu 20 mm und weniger abgetrennt werden. Dieser Feinanteil wird als internes Rückgut der Sintermischung wieder beigegeben. Der fertige Sinter kann je nach Anforderung eine mittlere Körnung zwischen 12 und 30 mm aufweisen. Dieser wird über Bänder zu den Vorratsbunkern der Hochöfen oder auf Lager gefördert. Durch den Transport entsteht Abrieb bzw. wird ein Teil des Sinters mechanisch zerstört, so dass vor dem Einsatz im Hochofen das Material erneut abgesiebt wird. Dieser Feinsinter wird zur Sinteranlage zurückgebracht und dort als Rückgut wieder in die Mischbetten eingeschleust. Somit werden in etwa 2 bis ca. 30 % des Massenstroms im Kreis gefahren, wodurch der Wirkungsgrad von Sinteranlagen aufgrund des anfallenden Rückguts und einer fehlenden anderweitigen Verwertung und optional teilweise auch zum kleineren Teil notwendigen Rückführung dieses Rückguts außerhalb des Sinterprozesses eher moderat ausfällt.

[0003] Des Weiteren ist es bekannt, Agglomerate in Form von Pellets mittels Pelletierung herzustellen, bei welchem Feineisenerz mit Hilfe einer Pelletierungseinrichtung, meist bekannte und der Fachwelt geläufige Pelletierteller, und entsprechenden Bindemitteln und/oder Wasser zu pelletieren. Daraus ergeben sich mehr oder weniger regelmäßig geformte Pellets, welche anschließend in einem Stabilisierungsprozess gebrannt werden, um gewisse Anforderungen an die Festigkeit zu erfüllen. Der Vorteil dieser Pellets ist ein gut kalkulierbares Schüttverhalten und ein hohes Lückenvolumen, was eine gute Durchgasbarkeit am Einsatzort, beispielsweise in einem Hochofen, begünstigt.

[0004] Auch die Fertigung von Agglomeraten in Steinformaten ist bekannt, vgl. DE 10 2004 027 193 A1.

[0005] Aus der IN 202131008723 A ist bekannt, die Produktivität von Eisenerzpellets zu verbessern, indem eine Pellet-Zusammensetzung angegeben wird, welche Eisenerz-Feinanteile, kohlenstoffhaltiges Material, Bindemittel, Eisenerzsinter und Flussmittel, gegebenenfalls zusammen mit einer Kalziumoxidquelle umfasst. Das Verfahren zur Herstellung der Zusammensetzung sieht vor, ein Eisenerz-Feinkorn, ein kohlenstoffhaltiges Material und ein Flussmittel, gegebenenfalls zusammen mit der Kalziumoxidquelle zu mischen, um eine Mischung zu erhalten, gefolgt vom Trocknen der Mischung, wobei ein Sinter-Feinkorn zu dem getrockneten Gemisch zugegeben wird, welches anschließend gemahlen wird, wobei zum Abschluss ein Bindemittel zu der gemahlenen Mischung zugegeben wird, um die Zusammensetzung zu erhalten. Die Partikelgröße der Zusammensetzung beträgt nach dem Mahlen zwischen 0,045 und 0,15 mm. Die Zusammensetzung wird auf einem Pelletierteller durch Zugabe von Wasser zu einem Eisenerzpellet mit einer Größe zwischen 6 und 16 mm pelletiert und bei einer Temperatur zwischen 1250 und 1330 °C in einer oxidierten Atmosphäre gebrannt. Diese Pellet-Zusammensetzung spielt eine wichtige Rolle bei der Kontrolle der Schlackenchemie, die wiederum die Produktivität des Hochofens bestimmt.

[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein wirtschaftlicheres Verfahren zur Herstellung von Eisenagglomeraten im Vergleich zum Stand der Technik anzugeben, sowie widerstandfähige Eisenagglomerate bereitzustellen.

[0007] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Produkt mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Weiterführende, insbesondere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

[0008] Gemäß einer ersten Lehre betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Eisenagglomeraten, umfassend folgende Schritte:

• Bereitstellen von Feineisenerz mit einer Körnung zwischen 0,010 und 10 mm;
• Bereitstellen von Feinsinter mit einer Körnung zwischen 0,50 und 20 mm;
• Bereitstellen von Bindemittel und/oder Wasser; wobei das Feineisenerz und der Feinsinter unter Zugabe von Bindemittel und/oder Wasser agglomeriert werden.

[0009] Gemäß einer zweiten Lehre betrifft die Erfindung ein Eisenagglomerat umfassend Feineisenerz und Feinsinter, wobei der Feinsinter mit einer Körnung zwischen 0,50 und 20 mm im Eisenagglomerat enthalten ist.

[0010] Gemäß einer dritten Lehre betrifft die Erfindung eine Verwendung des erfindungsgemäßen Eisenagglomerats, insbesondere hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, in einem Direktreduktionsprozess.

[0011] Die Erfindung kommt im Wesentlichen mit den bereitgestellten Feststoffen, Feineisenerz und Feinsinter klar, ohne dass sie vor dem Agglomerieren einem zusätzlichen Mahlprozess zugeführt werden müssen, sondern nutzen den Zustand in angelieferter bzw. bereitgestellter Form. Der Feinsinter hat im Bereitstellungszustand eine poröse, harte Struktur, welche in vorteilhafter Weise sehr gut durchgasbar ist und dem Agglomerat eine hohe Widerstandsfähigkeit verleihen kann. Der Vorteil der Durchgasbarkeit würde jedoch durch einen Mahlprozess, wie im Stand der Technik beschrieben, zunichte gemacht werden. Des Weiteren wäre jeder zusätzliche Schritt mit Kosten verbunden, so dass die Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik mit wenigen Schritten zu einem widerstandsfähigen Eisenagglomerat führen kann.

[0012] Der Sinterprozess wird idealerweise so geführt, dass der Sinter gewünschte Eigenschaften aufweist, u.a. beispielsweise mit einem Reduktions-Desintegrationsindex (RDI). Das dabei anfallende Rückgut weist somit identische Eigenschaften auf und wäre somit besonders gut geeignet für ein Agglomerieren.

[0013] Der Feinsinter kann beispielsweise einen RDI von mindestens 12 Gew.-% aufweisen, insbesondere zwischen 15 und 35 Gew.-%. Ein Beispiel zur Ermittlung des RDI ist beschrieben in "In-situ Evaluation for Crack Generation Behavior of Iron Ore Agglomeration during Low Temperature Reduction by Applying Acoustic Emission Method and Analysis of Reduction Disintegration Behavior", NIPPON STEEL TECHNICAL REPORT No. 123 March 2020, Mizutani et al., abrufbar unter https://www.nipponsteel.com/en/tech/report/pdf/123-08.pdf.

[0014] Die Erfinder haben festgestellt, dass sich eine gezielte Zugabe von Kohlenstoff, wie sie im genannten Stand der Technik als Pflichtelement der Zusammensetzung angegeben ist, nachteilig auswirkt, insbesondere negativen Einfluss auf die Festigkeit hat, und bei einem Temperaturanstieg zu einer unerwünschten Dekrepitation führt. Somit wird bei der Herstellung von Eisenagglomeraten bewusst auf eine Zugabe von Kohlenstoff verzichtet.

[0015] Bei den bereitgestellten Feineisenerzen, welche eine Körnung zwischen 0,010 und 10 mm aufweisen, insbesondere zwischen 0,020 und 7 mm, vorzugsweise zwischen 0,050 und 4 mm, bevorzugt zwischen 0,070 und 2 mm, handelt es sich um Eisenoxid, das mit Gangart verunreinigt sein kann. Sie liegen in hämatitischer (Fe₂O₃), magnetitischer (Fe₃O₄), wüstitischer (FeO) Modifikation und/oder als Geothit (FeO(OH)) vor. Die Feineisenerze fallen beim Eisenerzabbau, beim Transport und/oder bei einer Eisenerzaufbereitung an, welche beispielsweise ihrer vorgesehenen Verwendung nicht ohne zusätzliche und damit kostenverbundene Maßnahmen wirtschaftlich zugeführt werden können.

[0016] Bei dem bereitgestellten Feinsinter, welcher eine Körnung zwischen 0,50 und 20 mm aufweist, insbesondere zwischen 0,70 und 15,0 mm, vorzugsweise zwischen 1,0 und 10,0 mm, bevorzugt zwischen 1,20 und 8,0 mm, weiter bevorzugt zwischen 1,40 und 5,0 mm, handelt es sich um das vorbeschriebene Rückgut. Durch die anderweitige Verwertung des klassischen "Rückguts" kann der Wirkungsgrad von Sinteranlagen gesteigert werden, da der im Kreis geführte Massenstrom reduziert bzw. gänzlich vermieden werden kann und so "frisches" Material zugeführt werden kann. Darüber hinaus werden im Sinterprozess somit Feingutkapazitäten frei und ermöglichen Zugaben anderer Feinanteile, wie zum Beispiel metallhaltige respektive eisenhaltige Stäube, insbesondere aus einem Direktreduktionsprozess oder Feinanteile von fertigen Eisenschwämmen.

[0017] Ein Bindemittel, welches optional bereitgestellt werden kann, kann zur Erhöhung der Festigkeit des Eisenagglomerats beitragen. Es können alle dem Fachmann geläufigen Bindemittel zur Anwendung kommen, welche dem genannten Zweck dienen. So kann beispielsweise ein Zement-Bindemittel zur Anwendung kommen, wenn beispielsweise ein Eisenagglomerat kalt agglomeriert werden soll. Dabei ermöglicht das Zement-Bindemittel vorzugsweise in Abhängigkeit seines Gehaltes, während der Roheisenerzeugung über den jeweiligen Zementanteil des Agglomerats die Schlackenführung, insbesondere deren Anteile an MgO, CaO, SiO₂, Al₂O₃, zu variieren. So kann bevorzugt das Zement-Bindemittel Portlandzement oder Hüttenzement sein. Die optionale Zugabe kann beispielsweise zwischen 0,1 und 15 Gewichts-% bezogen auf den trockenen Zustand des Agglomerats betragen.

[0018] Alternativ oder zusätzlich kann das optionale Bindemittel zwischen 0,1 und 15 Gewichts-% bezogen auf den trockenen Zustand des Agglomerats Wasserglas, Tonerdzement, Calciumchlorid, ein Alkali-Salz, insbesondere ein Na-Salz, oder ein Cellulose-Klebstoff, wie Kleister, insbesondere Natriumcarboxymethylcellulose, umfassen oder enthalten.

[0019] Wasser kann zum Agglomerieren erforderlich sein und in dem Maße zugeführt werden, dass kein hoher Wassergehalt im Eisenagglomerat gespeichert wird, so dass dadurch am Einsatzort nicht unnötig Energie benötigt wird, um den Wassergehalt (wieder) auszutreiben. Das Eisenagglomerat kann somit nach seiner Formgebung "feucht" sein, wobei der Wassergehalt des Agglomerats weniger als 20 Gewichts-% bezogen auf den trockenen Zustand betragen soll.

[0020] Beispielsweise kann ein Eisenagglomerat bezogen auf den trockenen Zustand zwischen 10 und 90 Gewichts-% Feinsinter, zwischen 10 und 90 Gewichts-% Feineisenerz, optional bis zu 15 Gewichts-% Bindemittel und/oder bis zu 20 Gewichts-% Wasser umfassen oder enthalten.

[0021] Beispielsweise können vor dem Agglomerieren die Feineisenerze, der Feinsinter und optional das Bindemittel gemischt werden und als Mischung unter Zugabe von Wasser agglomeriert werden.

[0022] Gemäß einer Ausgestaltung kann eine an sich bekannte Pelletierungseinrichtung zum Agglomerieren verwendet werden. Damit lassen sich die Eisenagglomerate als Pellets herstellen. Ein Beispiel zur Umsetzung ist in der IN 202131008723 A beschrieben. Die Pellets können eine Größe zwischen 3 und 50 mm, insbesondere zwischen 4 und 40 mm, vorzugsweise zwischen 5 und 30 mm, bevorzugt zwischen 6 und 20 mm aufweisen.

[0023] Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann eine an sich bekannte Steinfertigungseinrichtung zum Agglomerieren verwendet werden. Damit lassen sich Eisenagglomerate als Steine mit einer zylindrischen, quaderförmigen oder vieleckigen, insbesondere sechseckigen, Grundfläche und Höhe herstellen. Eisenagglomerate der hier in Rede stehenden Art lassen sich auf an sich bekannten Steinfertigungseinrichtungen herstellen, wie sie beispielsweise für die Produktion von Pflastersteinen eingesetzt werden. Derartige Steinfertigungseinrichtungen ermöglichen eine besonders kostengünstige Herstellung und tragen mit dazu bei, dass die erfindungsgemäßen Eisenagglomerate zu einem besonders günstigen, die Wirtschaftlichkeit ihres Einsatzes weiter steigernden Preises, hergestellt werden können. Ein Beispiel zur Umsetzung ist in der DE 10 2004 027 193 A1 beschrieben. Die Grundfläche kann beispielsweise zwischen 100 und 100000 mm² betragen. Die Höhe kann beispielsweise zwischen 30 und 250 mm betragen.

[0024] Gemäß einer Ausgestaltung kann das Eisenagglomerat gebrannt werden, insbesondere wenn eine höhere Festigkeit des Eisenagglomerats angestrebt wird und/oder wenn eine Kaltabbindung ohne Zugabe von Bindemitteln nicht möglich ist. Ein Beispiel zur Umsetzung, insbesondere im Zusammenhang mit Pellets, ist in der IN 202131008723 A beschrieben. Dabei wird das im Eisenagglomerat enthaltene Wasser ausgetrieben, damit der Wassergehalt gesenkt wird, insbesondere auf Werte kleiner 1,0 Gewichts-% oder weniger.

[0025] Gemäß einer Ausgestaltung ist der Feinsinter vom Feineisenerz im Eisenagglomerat umschlossen. Dadurch, dass der Feinsinter eine poröse Oberfläche aufweist, kann sich das Feineisenerz beim Agglomerieren gut an der Oberfläche absetzen respektive mit dieser formschlüssig verbinden, so dass das Feineisenerz den Feinsinter im Wesentlichen komplett umschließt. Somit kann die harte umschlossene Struktur des Feinsinters nicht mehr abrasiv am Einsatzort einwirken, aber dennoch eine sehr gute Durchgasbarkeit bereitstellen. So kann die Körnung des Feineisenerzes beispielsweise um mindestens Faktor 5 kleiner sein als die Körnung des Feinsinters, insbesondere um mindestens Faktor 10, vorzugsweise um mindestens Faktor 15, bevorzugt um mindestens Faktor 20.

[0026] Gemäß einer Ausgestaltung kann der Direktreduktionsprozess in einem an sich bekannten Schachtofen erfolgen. Im Gegensatz zum Hochofen wird das Eisenagglomerat nicht im Schachtofen erschmolzen.

[0027] Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann der Direktreduktionsprozess in einem an sich bekannten Drehrohrofen/Drehrohrreaktor erfolgen.

[0028] Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann der Direktreduktionsprozess in einem an sich bekannten Wirbelbett erfolgen.

[0029] Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann ein Reduktionsgas mit einem Wasserstoffanteil von mindestens 50 Vol.-%, insbesondere mindestens 60 Vol.-%, vorzugsweise mindestens 70 Vol.-%, bevorzugt mindestens 80 Vol.-% zur Anwendung kommen. Wasserstoff mit einem hohen Anteil, insbesondere bis zu 100 %, kann zu einer CO₂-reduzierten bis nahezu CO₂-freien Erzeugung von reduziertem Eisenerz bzw. Eisenagglomeraten, auch Eisenschwamm genannt, führen.

[0030] Die in der Direktreduktion eingesetzten erfindungsgemäßen Eisenagglomerate werden mithin zu Eisenschwamm reduziert, welcher anschließend in einem elektrischen Einschmelzer unter optionaler Zugabe weiterer Feststoffe, wie zum Beispiel Schlackenbildner und/oder Kohlenstoff und/oder Schrott, zu Roheisen oder Rohstahl erschmolzen wird.

[0031] Alternativ können die in der Direktreduktion eingesetzten erfindungsgemäßen Eisenagglomerate zu Eisenschwamm reduziert werden, welcher anschließend in einem Sauerstoffblaskonverter unter optionaler Zugabe weiterer Feststoffe, wie zum Beispiel Schlackenbildner und/oder Kohlenstoff und/oder Schrott, zu Gusseisen oder Rohstahl erschmolzen werden.

[0032] Alternativ können die in der Direktreduktion eingesetzten erfindungsgemäßen Eisenagglomerate zu Eisenschwamm reduziert werden, welcher anschließend in einer Brikettierungsanlage entweder im kalten oder vorzugsweise im heißen Zustand brikettiert wird.

[0033] In einem Ausführungsbeispiel wurde in einer Sinteranlage ein (finaler) Sinter mit einer mittleren Körnung von 26,7 mm hergestellt. Nach Kühlung des heißen Sinters wurde Feinsinter mit einer Körnung gleich oder kleiner als 20 mm, insbesondere gleich oder kleiner als 10 mm ausgesiebt. Dieses klassische "Rückgut" wurde nicht vollständig wieder dem Sinterprozess zurückgeführt, sondern als Bestandteil zur Herstellung eines Eisenagglomerats zusammen mit Feineisenerzen, welche eine 0,010 und 10 mm aufweisen können, wobei die Körnung der Feineisenerze beispielsweise um mindestens Faktor 5 kleiner als die Körnung des Feinsinters sein kann, um unter Zugabe von optionalen Bindemitteln und Wasser ein Eisenagglomerat als Pellet oder als Stein herzustellen.

[0034] Somit kann in einer einfachen Ausführung ein Eisenagglomerat (1) als Pellet hergestellt werden, wobei Feinsinter (2) mit einer Körnung zwischen 2 und 6 mm und Feineisenerz (3) mit einer Körnung zwischen 0,2 und 0,6 mm gemischt werden, vgl. skizzenhafter Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Eisenagglomerat (1) in Figur 1. Die Anteile lagen bei ca. 40 Gewichts-% Feinsinter und ca. 60 Gewichts-% Feineisenerz. Eine Zugabe eines Bindemittels war nicht erforderlich. Die Mischung wurde auf einem konventionellen Pelletierteller unter Zugabe von Wasser zu Pellets mit einer Größe von 18 mm agglomeriert. Anschließend wurden die Pellets bei ca. 1280 °C in einer oxidierenden Atmosphäre für ca. 1 h gebrannt. Durch das oben beschriebene Verhältnis von Feinsinter zu Feineisenerz kann beispielhaft auch die Brenndauer im Vergleich zum Brennen von Standard-Pellets gesenkt werden. Eine mikroskopische Untersuchung der Pellets ergab, dass das Feineisenerz den Feinsinter vollständig umschlossen hatte. Damit können sehr widerstandfähige Eisenagglomerate mit einer sehr guten und im Vergleich zu Standard-Eisenerzpellets verbesserten Durchgasbarkeit und auch Festigkeit für die Verwendung in Direktreduktionsanlagen bereitgestellt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Eisenagglomeraten umfassend folgende Schritte:

- Bereitstellen von Feineisenerz mit einer Körnung zwischen 0,010 und 10 mm;

- Bereitstellen von Feinsinter mit einer Körnung zwischen 0,50 und 20 mm;

- Bereitstellen von Bindemittel und/oder Wasser;

dadurch gekennzeichnet, dass das Feineisenerz und der Feinsinter unter Zugabe von Bindemittel und/oder Wasser agglomeriert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum Agglomerieren eine Pelletierungseinrichtung verwendet wird.

3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei zum Agglomerieren eine Steinfertigungseinrichtung verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das Eisenagglomerat gebrannt wird.

5. Eisenagglomerat umfassend Feineisenerz und Feinsinter, dadurch gekennzeichnet, dass der Feinsinter mit einer Körnung zwischen 0,50 und 20 mm im Eisenagglomerat enthalten ist.

6. Eisenagglomerat nach Anspruch 5, wobei das Eisenagglomerat ein Pellet ist.

7. Eisenagglomerat nach Anspruch 5, wobei das Eisenagglomerat ein Stein ist mit einer zylindrischen, quaderförmigen oder vieleckigen Grundfläche und einer Höhe.

8. Eisenagglomerat nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Feinsinter vom Feineisenerz umschlossen ist.

9. Verwendung eines Eisenagglomerats nach einem der Ansprüche 5 bis 8, insbesondere hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in einem Direktreduktionsprozess.

10. Verwendung nach Anspruch 9, wobei der Direktreduktionsprozess in einem Schachtofen, in einem Drehrohrofen oder in einem Wirbelbett erfolgt.

11. Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, wobei ein Reduktionsgas mit einem Wasserstoffanteil von mindestens 50 Vol.-% zur Anwendung kommt.

12. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 9 bis 11 zu einem Eisenschwamm reduzierten Eisenagglomerats zum Einsatz in einem elektrischen Einschmelzer, in einem Sauerstoffblaskonverter oder in einer Brikettierungsanlage.

13. Verwendung in einem elektrischen Einschmelzer nach Anspruch 12 unter optionaler Zugabe von Schlackenbildner und/oder Kohlenstoff und/oder Schrott zum Erschmelzen von Roheisen oder Rohstahl.

14. Verwendung in einem Sauerstoffblaskonverter nach Anspruch 12 unter optionaler Zugabe von Schlackenbildner und/oder Kohlenstoff und/oder Schrott zum Erschmelzen von Gusseisen oder Rohstahl.

15. Verwendung in einer Brikettierungsanlage nach Anspruch 12 zum heißen Brikettieren.

Zeichnung