Verfahren und Einrichtung zum Herstellen von flüssigem Eisen

Abstract

 Zum Direktherstellen von flüssigem Eisen ausgehend von oxydischen Eisenverbindungen, wird ein Eisenbad durch Einblasen eines Kohlenstoffträgers mittels eines neutralen oder reduzierenden Trägergases mit Kohlenstoff gesättigt. Erfindungsgemäss bildet man auf der Badoberfläche in der zentralen Zone einen Schüttkegel aus Eisenerz und bläst auf die freie Badobefläche der Randzone Sauerstoff, wobei man das Bad mit einem neutralen Gas durch zumindest einen im Gefässboden angeordneten Blasstein durchspült.
Ein metallurgisches Gefäss (1) enthält ein Eisenbad (40) und hat einen Verschliessdeckel (20) in welchen ein Kamin (30) mündet, wobei zumindest eine Sauerstoff-Aufblaslanze (21) durch den Gefässdeckel (20) auf die Randzone (3) zielt und eine Einblaslanze (12) für den festen Kohlenstoffträger, unter den Badspiegel ragt, während sich im Gefässboden (10) unterhalb der Badspiegelmitte zumindest ein Blasstein (11) befindet.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Herstellen von flüssigem Eisen, insbesondere zum Direktherstellen ausgehend von oxydischen Eisenverbindungen.

[0002] Es hat in der Vergangenheit nicht an Versuchen gefehlt, flüssiges Eisen möglichst im Direktverfahren aus Erzen herzustellen.

[0003] So ist ein Verfahren beschrieben worden, gemäss welchem die Rohstoffe zunächst mit Hilfe eines geeigneten Gases in Eisenschwamm übergeführt werden und dieser dann in einem metallurgischen Gefäss eingeschmolzen wird, wobei im Schmelzgefäss durch Reaktion von sauerstoffhaltigen Gasen mit kohlenstoffhaltigen Substanzen, die vornehmlich unter die Badoberfläche eingeblasen werden, Wärmeenergie, sowie Kohlenmonoxyd gebildet werden. Die Wärme wird teilweise zum Schmelzen des Eisenschwammes und das Abgas zur Direktreduktion von Erzen eingesetzt. Allerdings wird vorerst das gesamte Abgas in einem separaten Reaktor mit Kohlenstaub und mit Wasserdampf behandelt.

[0004] Nach einem weiteren bekannten Verfahren, das dazu dient flüssigen Stahl aus Erz ohne gesonderte Roheisenphase herzustellen wird in einem mit einer zusätzlichen Heizung versehenen, kombinierten Schmelz- und Gaserzeugungsreaktor durch Umsetzen eines Brennstoffes mit Sauerstoff ein reduzierendes Gas hergestellt, das in einem anschliessenden Reduktionsraum im Gegenstrom zu einer Erzbeschickung geleitet wird, während das am Ende der Reduktionsstufe anfallende vorreduzierte Erz in den beheizten Schmelz- und Gaserzeugungsraum befördert und dort geschmolzen und anschliessend gefrischt wird.

[0005] Bei einem weiteren Verfahren das auf die direkte Herstellung von Roheisen ausgerichtet ist, sind zwei gesonderte Aufgabe- bzw. Reaktionszonen im Schmelz- und Gaserzeugungsreaktor vorgesehen. In einer ersten Zone wird zur Aufrechterhaltung eines vorzugsweise über 2% liegenden Kohlestoffgehaltes der Metallschmelze ein Kohlenstoffträger direkt in das Bad eingeführt In einer zweiten angrenzenden Zone wird ein Teil des an die Schmelze gebundenen Kohlenstoffs unter Freisetzung von Wärme und reduzierenden Gasen mittels Sauerstoff verbrannt. Der durch eine Lanze zugeführte Kohlenstoff wird also hier auf dem Umweg über eine zwischenzeitliche Aufkohlung des Eisenbades im wesentlichen zur Vergrösserung der Einschmelzkapazität des Bades und zur Bildung von Reduktionsgasen ausgenutzt.

[0006] Bei der Anwendung der genannten Verfahren ist man demnach in der Hauptsache auf die Herstellung eines Gases angewiesen das eine zum Reduzieren oder zumindest Vorreduzieren von Erzen notwendige Zusammensetzung aufweist.

[0007] Um stark reduzierende Gase im Rahmen eines kombinierten Reduktions-Einschmelzprozesses herzustellen, müssen jedoch teure und komplizierte mess- und regeltechnische Massnahmen und Vorkehrungen getroffen werden, um den Prozess in der gewünschten Weise zum Ablaufen zu bringen, falls man es nicht vorzieht, die entstandenen Abgase getrennt zu behandeln um ihnen ein ausreichendes Reduktionspotential zu vermitteln.

[0008] Das Ziel der Erfindung besteht somit darin ein Verfahren vorzuschlagen, das eine Direktherstellung von flüssigem Roheisen in einem einzelnen Gefäss gestattet, wobei die genannten Schwierigkeiten vermieden werden, sowie eine hierzu geeignete Einrichtung.

[0009] Dieses Ziel wird erreicht durch das erfindungsgemässe Verfahren das vorsieht, ein Eisenbad durch Einblasen eines Kohlenstoffträgers mittels eines neutralen oder reduzierenden Trägergases mit Kohlenstoff zu sättigen und das dadurch gekennzeichnet ist, dass man auf der Badoberfläche in der zentralen Zone einen Schüttkegel aus Eisenerz bildet und auf die freie Badoberfläche der Randzone Sauerstoff bläst wobei man das Bad mit einem neutralen Gas durch zumindest einen im Gefässboden angeordneten Blasstein durchspült.

[0010] Die der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, dass die beim Aufblasen von Sauerstoff auf ein mit Kohlenstoff gesättigtes Eisenbad entstehenden Gase durch das erfindungsgemässe gleichzeitige Durchspülen mit neutralem Gas hinsichtlich ihrer Zusammensetzung wirksam gesteuert werden kann.

[0011] Falls beabsichtigt wird die Abgase zum Vorreduzieren von Erz zu verwenden, kann man ein praktisch zu 100 % aus CO bestehendes Abgas mit hohem Reduktionspotential herstellen und zwar durch gezielte Sauerstoffzufuhr unter verminderter Durchspülung.

[0012] In diesem Fall wird man ein harte Sauerstoffblasweise bevorzugen und die Durchspülung des Bades mit Inertgas auf 0-0.1 Nm3/t.Std. beschränken.

[0013] Andererseits kann durch intensives Durchspülen des Bades mit Inertgas eine Nachverbrennung des entstehenden Kohlenmonoxyds an der Badoberfläche herbeigeführt werden, die unter starker Wärmeentwicklung vonstatten geht. Die Mengen an Spülgas liegen dann vorzugsweise zwischen 0,1 - 0,3 Nm3/t.Std. Die an der Badoberfläche auftretende zusätzliche Wärmeentwicklung kann man nutzen um das eben daselbst aufgebrachte Eisenerz zu schmelzen.

[0014] Weiter wird das Eisenbad durch den Inertgasstrom generell mit dem darin suspendierten Kohlenstoffträger, vorzugsweise Kohlenstaub, durchmischt wobei im Fall einer Sättigung des Bades fester, nicht an Eisen gebundener Kohlenstoff an die Badoberfläche getragen wird, wo er zum Reduzieren des geschnmolzenen Erzes zur Verfügung steht.

[0015] Die Wärmezufuhr an das Bad selbst wird durch kontinuierliches oder intermittierendes Aufblasen von Sauerstoff auf die Oberfläche der äusseren Zone bewerkstelligt. Das Aufblasen auf die Badoberfläche wird hierbei nicht durch die Anwesenheit von geschmolzenem und von frisch aufgebrachtem Eisenerz behindert, da letzteres sich vornehmlich auf der Oberfläche der zentralen Zone befindet.

[0016] Durch sinnreiche Anordnung der Sauerstoff-Aufblaslanze, der Einführdüse für den Kohlenstoffträger und der Blassteine zueinander, erreicht man, dass sich innerhalb des Bades Strömungsverhältnisse ausbilden die generell von den Seitenwänden des Gefässes nach unten und von der Mitte des Gefässbodens nach oben ausgerichtet sind. Hierdurch wird bewirkt, dass in der zentralen Zone, wo die Badoberfläche mit Erz beaufschlagt wird, sowohl der Hauptteil der CO-Nachverbrennung abläuft, der die zum Schmelzen des Erzes notwendige Energie liefert, als auch Kohlenstoff herangetragen wird, der zur Reduktion des Erzes dienen kann. In der Randzone wird das Bad mit Sauerstoff gesätti.gt und aufgeheizt.

[0017] Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, den Füllstand des Gefässes über die Bi.lanz der eingebrachten Rohstoffe und der abgezogenen flüssigen Produkte abzuschätzen, doch andere bekannte Methoden zur Füllstandmessung können hier ohne weiteres angewendet werden.

[0018] Die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens notwendige Einrichtung besteht aus einem metallurgischen Gefäss (1) in dem sich ein Eisenbad (40) befindet und das einen Verschliessdeckel (20) begreift in welchen ein Kamin (30) mündet, wobei zumindest eine Sauerstoff-Aufblaslanze (21) durch den Gefässdeckel (29) auf die Randzone (3) zielt.und eine Einblaslanze (12) für den festen Kohlenstoffträger unter den Badspiegel ragt, während sich im Gefässboden (10) unterhalb der Badspielgelmitte zumindest ein Blasstein (11) befindet.

[0019] Die Düse dieser Einblaslanze befindet sich zweckmässig in der Nähe des Blassteine und zwischen demselben und der unteren Kante der Trennwand. Hierdurch kann bei entsprechender Einstellung der einzelnen Gasdrucke (Aufblaslanze, Einblaslanze, Blassteine) bewirkt werden, dass sich innerhalb des Gefässes Strömungen ausbilden, die in Richtung zur innerern Zone steigen und an den Gefässwanderungen sinken.

[0020] Dank der unmittelbar am Badspiegel durch CO-Nachverbrennung entstehenden Wärme, kann Fei.nerz oder auch stückiges Erz chargiert werden, wobei.die energieverbrauchenden teuren Mahlkosten entfallen.

[0021] Es entsteht im Verlauf des erfindungsgemässen Verfahrens flüssiges Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt oberhalb 2 %, das zweckmässig einer kontinuierlich arbeitenden Frisch-Anlage zugeführt wird.

[0022] Weitere Vorteile und Merkmale werden aus der Beschreibung der Zeichnung ersichtlich, in der Fig. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemässe Einrichtung darstellt.

[0023] Man erkennt das metallurgische Gefäss (1), das einen Verschliessdeckel (20) begreift in dessen Mitte der Kamin (30) angeordnet ist. Durch diesen wird Erz (Fe203) in das Gefäss (1) eingefüllt.

[0024] Ueber der Randzone (3) sind die Sauerstoff-Aufblaslanzen (21,22) angeordnet.

[0025] Unter der zentralen Zone (2) sind im Gefässboden (1) die Blassteine (11) angeordnet, durch die das Bad (40) mit einem neutralen Gas durchspült wird, welches somit eine aufsteigende Strömung in Richtung zur inneren Zone erzeugt.

[0026] Weiter erkennt man die Einblaslanze (12) mit ihrer Düse (16), zum Einblasen des festen Kohlenstoffträgers in das Bad.

[0027] Das Gefäss weist ferner die Abstichöffnungen (13 und 14) für das flüssige Metall bzw. die Schlacken auf.

Ansprüche

1. Verfahrep zum Herstellen von flüssigem Eisen, insbesondere zum Direktherstellen ausgehend von oxydischen Eisenverbindungen, das vorsieht ein Eisenbad durch Einblasen eines Kohlenstoffträgers mittels eines neutralen oder reduzierenden Trägergases mit Kohlenstoff zu sättigen, dadurch gekennzeichnet, dass man auf der Badoberfläche in der zentralen Zone ei.ne Schüttkegel aus Eisenerz bildet und auf die freie Badobefläche der Randzone Sauerstoff bläst, wobei man das Bad mit einem neutralen Gas durch zumindest einen im Gefässboden angeordneten Blasstein durchspült

2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzei:chnet, dass man zur Erzielung eines praktisch nur aus CO bestehenden Abgases das Bad gezielt mit Sauerstoff beschickt und die Menge an Spülgas auf 0-0.1 Nm3/t Eisen. Std. begrenzt.

3. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,'dass man die zum Schmelzen des in die innere Zone eingebrachten Erzes er-forderderliche Energie aufbringt, indem man das Bad kontinuierlich und intensiv (0.1 - 0,3 Nm3/t Eisen. Std.) mit einem Gas, vorzugsweise Inertgas, vom Gefässboden her durchspült und hierdurch eine .Nachverbrennung des beim Sauerstoffblasen entstehenden Kohlenmonoxyds an der Badoberfläche herbeiführt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Wärmezufuhr an das Bad durch kontinuierliches oder intermittierendes Aufblasen von Sauerstoff auf die Badoberfläche in der Randzone bewerkstelligt.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein metallurgisches Gefäss (1) ein Eisenbad (40) enthält und einen Verschliessdeckel (20) begreift, in welchem ein Kamin (30) mündet, wobei zumindest eine Sauerstoff-Aufblaslanze (21) durch den Gefässdeckel (20)auf die Randzone (3) zielt und ei.ne Einblaslanze (12) für den festen Kohlenstoffträger, unter den Badspiegel ragt, während sich im Gefässboden (10) unterhalb der Badspiegelmi.tte zumindest ein Blasstein (11) befindet.

Zeichnung