AT398783B - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von roheisen - Google Patents

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Description

AT 398 783 B
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Ein derartiges Verfahren benötigt für die direkte Einbringung in den Einschmelzvergaser Kohlen mit einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von weniger als 40 % (waf). Kohlen, die einen höheren Anteil an 5 flüchtigen Bestandteilen besitzen, müssen daher mit Kohlen höherer Qualität gemischt werden oder sie müssen zunächst in Koks bzw. Halbkoks umgewandelt werden, zum Beispiel in Braunkohlen-Hochtempera-tur-Koks.
Aus der DE-OS 33 45 107 ist ein Verfahren zum Schmelzen von zumindest teilweise reduziertem Eisenerz, insbesondere Eisenschwamm, in einem Einschmelzvergaser bekannt. In dem Einschmelzvergaser io wird aus eingebrachter Kohle und eingeblasenem sauerstoffhaltigem Gas die zum Schmelzen des reduzierten Eisenerzes erforderliche Temperatur, Wärme und ein Reduktionsgas erzeugt. Um auch Kohle mit einem relativ hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen für dieses Verfahren verwenden zu können, wird diese vor dem Einbringen in den Einschmelzvergaser verkokt bzw. weitgehend von den flüchtigen Bestandteilen befreit und anschließend mit ihrer fühlbaren Warme in den Einschmelzvergaser eingebracht. Das Verkoken is erfolgt in einem Herdofen, wobei zu dessen Beheizung vorzugsweise die im Einschmelzvergaser erzeugten Reduktionsgase verwendet werden. Die Verkokung in Herdöfen ist wegen ihres geringen Durchsatzes jedoch teuer und umweltbelastend, da sich hierbei Teer, Phenole und ähnliche schädliche Substanzen bilden.
Aus der AT-PS 380 697 ist ebenfalls ein Verfahren zum Schmelzen von zumindest teilweise reduzier-20 tem Eisenerz in einem Einschmelzvergaser bekannt, bei dem die Entgasung der einzubringenden Kohle in einem mit dem Kopf des Einschmelzvergasers verbundenen Entgasungsreaktor vorgenommen wird, welchem die heißen Abgase des nachfolgenden Einschmelzvergasers, Sauerstoff und gegebenenfalls Gichtgas aus der Erzreduktion zugeführt werden. Das aus dem Entgasungsreaktor austretende Gas wird nach einer Entstaubung einem Reduktionsschachtofen zur mindestens teilweisen Reduzierung des Eisenerzes zuge-25 führt. Dieses Gas muß somit einen erheblichen Anteil von reduzierenden Bestandteilen, d.h. CO und H2 enthalten. Der Entgasungsprozeß muß somit entsprechend gesteuert werden, was bedeutet, daß ein Teil der eingebrachten Kohle verbrannt werden muß. Außerdem werden auch die bei der Entgasung entstehenden unerwünschten Stoffe wie Teer und dergleichen in den Reduktionsschachtofen geleitet, was zu einer Behinderung des Reduktionsprozesses führt. Bei der Entgasung der Kohle vom Gas aufgenommener 30 Schwefel sollte aus diesem vor der Einführung in den Reduktionsschachtofen entfernt werden, wodurch sich eine Erhöhung des apparativen Aufwandes ergibt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das bekannte Verfahren zur Herstellung von Roheisen so zu verbessern, daß die Entgasung der Kohle möglichst ohne Verbrennung eines Teiles dieser Kohle erfolgt und daß trotzdem der Reduktionsvorgang mit einem Gas durchgeführt wird, das den 35 Erfordernissen dieses Vorgangs in bestmöglicher Weise entspricht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Merkmal. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie bevorzugte Ausgestaltungen einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen. 40 Da das zur Entgasung verwendete Heißgas aus dem bei der Entgasung entstehenden Gas und einem zugeführten sauerstoffhaltigen Gas gebildet wird, d.h. das zur Entgasung benötigte Heißgas im wesentlichen aus der Entgasung selbst gewonnen wird, ist weder eine Teilverbrennung der Kohle bei der Entgasung erforderlich noch muß Energie von außen zugeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet somit in bezug auf den Einsatz von Energieträgern sehr sparsam. 45 Vorzugsweise wird zur Bildung des Heißgases zusätzlich bei der Reduktion des Eisenerzes entstandenes Gichtgas verwendet. Hierdurch können die im Gichtgas enthaltene thermische Energie und dessen Verbrennungsenergie für den Entgasungsvorgang genutzt werden.
Das bei der Erzeugung des Heißgases eingesetzte sauerstoffhaltige Gas besteht vorzugsweise aus Luft, die durch das bei der Entgasung entstehende Gas durch Wärmetausch vorgewärmt sein kann. Das bei der 50 Entgasung entstehende Gas wird zweckmäßig gereinigt und die dabei abgeschiedenen Feststoffe werden direkt in den Einschmelzvergaser geführt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigt eine Eisenerzreduktionsanlage, in der Eisenerz in geschmolzenes Roheisen umgewandelt wird. 55 In einen Reduktionsschachtofen 1 werden über eine Einfüllvorrichtung 2 Eisenerz und etwaige Zuschlagsstoffe eingegeben. Über eine untere Austrittsöffnung 3 wird durch die Reduktion des Eisenerzes gewonnener Eisenschwamm ausgetragen. Zur Durchführung der Reduktion wird dem Reduktionsschachtofen 1 in der sogenannten Bustle-Ebene über Einlaßöffnungen 4 Reduktionsgas zugeführt, das dem im 2
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Reduktionsschachtofen 1 herabsinkenden oxidischen Eisenerz nach oben entgegenströmt und dieses dabei im Wege der Direktreduktion zu Eisenschwamm reduziert. Das Reduktionsgas enthält reduzierende Bestandteile wie CO und 1-½. Weiterhin besitzt es eine für die Reduktion geeignete Temperatur, die etwa im Bereich zwischen 750 und 950° C liegt. Das verbrauchte Reduktionsgas wird als Gichtgas durch eine obere Auslaßöffnung 5 des Reduktionsschachtofens 1 abgezogen und in einem Wäscher 6 gereinigt sowie gegebenenfalls von CO2 befreit, bevor es in geeigneter Weise weiterverwendet wird.
Der Eisenschwamm gelangt aus dem Reduktionsschachtofen 1 vorzugsweise über Fallrohre in einen Einschmelzvergaser 7. Er fällt von oben auf ein Wirbelbett, das durch im unteren Bereich des Einschmelzvergasers 7 über Einlaßöffnungen 8 eingeblasenes sauerstoffhaltiges Gas aufrechterhalten wird. Es werden weiterhin von oben in den Einschmelzvergaser über eine Einfüllöffnung 9 Koks und über eine Einfüllöffnung 10 gegebenenfalls Kohle eingegeben.
Durch die Verbrennung des Kokses sowie gegebenenfalls der Kohle unter der Einwirkung des sauerstoffhaltigen Gases im Wirbelbett wird so viel Wärme erzeugt, daß der Eisenschwamm schmilzt. Im geschmolzenen Zustand wird er durch den Kohlenstoff fertigreduziert, so daß sich am Boden des Einschmelzvergasers 7 eine Roheisenschmelze ansammelt. Über der Roheisenschmelze sammelt sich flüssige Schlacke. Diese beiden Schmelzen werden in vorgegebenen Zeitabständen über verschiedene, vorzugsweise in unterschiedlichen Höhen angeordnete Auslaßöffnungen 11 abgezogen.
Bei der Verbrennung des Kokses und gegebenenfalls der Kohle im Einschmelzvergaser 7 entsteht weiterhin reduzierende Bestandteile, vorzugsweise CO, enthaltendes heißes Gas, das über eine Auslaßöffnung 12 im Kopf des Einschmelzvergasers 7 herausgeführt und in einem Zyklon 13 gereinigt wird, bevor es als Reduktionsgas über die Einlaßöffnungen 4 in den Reduktionsschachtofen 1 geleitet wird. Die im Zyklon 13 aus dem Gas abgeschiedenen Feststoffe werden vorzugsweise in- Höhe des Wirbelbettes wieder in den Einschmelzvergaser 7 zurückgeführt.
Der in den Einschmelzvergaser 7 eingegebene Koks wird aus Kohle mit einem hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen, beispielsweise mehr als 40 % (waf), gewonnen. Hierzu wird die Kohle über eine Einlaßöffnung 14 in einen Entgasungsreaktor 15 eingegeben, in dem die Kohle der Einwirkung eines Heißgases unterworfen und hierdurch entgast wird. Das Heißgas wird über Einlaßöffnungen 16 im unteren Bereich des Entgasungsreaktors 15 eingeblasen, so daß sich vorzugsweise ein Wirbelbett im Entgasungsreaktor 15 ausbildet. Es sind mehrere in gleicher Höhe angeordnete Einlaßöffnungen 16 vorgesehen, die düsenförmig ausgebildet und durch eine Ringleitung miteinander sowie mit einem Heißgaserzeuger 17 verbunden sind. Die Einlaßöffnungen 16 können aus Keramik-Düsensteinen bestehen.
Der Heißgaserzeuger 17 enthält eine Brennkammer, in der brennbare Gase mit Hilfe von Luft verbrannt werden. Diese brennbaren Gase bestehen zumindest zu einem erheblichen Teil aus den beim Entgasungsvorgang erzeugten Gasen. Diese werden über einen oberen Auslaß 18 des Entgasungsreaktors 15 abgezogen und zunächst in einen Zyklon 19 geführt. Die im Zyklon 19 abgeschiedenen Feststoffe werden über eine Leitung 20 direkt in den Einschmelzvergaser 7 geleitet. Das im Zyklon 19 gereinigte Gas gelangt in einen Wärmetauscher 21, in dem die zur Bildung des Heißgases verwendete Luft auf eine Temperatur beispielsweise im Bereich zwischen 300 und 400° C vorgewärmt wird. Nach dem Passieren des Wärmetauschers 21 wird ein Teil des Abgases des Entgasungsreaktors 15 über eine Leitung 22 in die Brennkammer des Heißgaserzeugers 17 geführt. Die Menge dieses zur Erzeugung des Heißgases verwendeten Abgases des Entgasungsreaktors 15 bestimmt sich nach dem für die Entgasung bestehenden Bedarf an Heißgas. Das nicht benötigte Abgas wird über eine Leitung 23 abgeführt und anderweitig genutzt.
Die Luft wird in einer Leitung 24 durch den Wärmetauscher 21 geleitet und dann in die Brennkammer des Heißgaserzeugers 17 eingeblasen. Ein Teil der vorgewärmten Luft wird über eine Leitung 25 abgezweigt und in den oberen Teil des Entgasungsreaktors 15 geführt. Hierdurch kann die Temperatur der in diesem entstehenden Gase so geregelt werden, daß keine Teerbildung auftritt. Das über den Auslaß 18 austretende Abgas hat beispielsweise eine Temperatur von etwa 800° C.
Das über die Einlaßöffnungen 16 eingeblasene Heißgas führt im Entgasungsreaktor 15 zur Bildung eines Wirbelbettes. Die von oben eingegebene Kohle wird in diesem Wirbelbett entgast und getrocknet. Der Kohle kann ein Entschwefelungsmittel, beispielsweise Dolomit bzw. Kalkstein, beigegeben werden. Je nach der Feinkörnigkeit des Entschwefelungsmittels wird dieses entweder mit dem Koks oder mit dem Abgas über den Auslaß 18 aus dem Entgasungsreaktor 15 abgeführt.
Der Koks gelangt über eine Leitung 26, die im Boden des Entgasungsreaktors 15 mündet, aus diesem in den Einschmelzvergaser 7. Zur Durchführung des Koksaustrages aus dem Entgasungsreaktor 15 sind in diesem über dem Boden mehrere radial verlaufende Förderschnecken angeordnet.
Der Gasdruck im Entgasungsreaktor 15 wird vorzugsweise so eingestellt, daß er dem Gasdruck im Einschmeizvergaser 7 entspricht. Dadurch wird ein Gasaustausch zwischen dem Einschmelzvergaser 7 und dem Entgasungsreaktor 15 verhindert, ohne daß ein aufwendiges Schleusensystem verwendet werden muß. 3

Claims (17)

  1. AT 398 783 B Als brennbares Gas für die Erzeugung des Heißgases kann zusätzlich zum Abgas des Entgasungsreaktors 15 auch das Gichtgas des Reduktionsschachtofens 1 eingesetzt werden, falls das Abgas des Entgasungsreaktors nicht ausreichen sollte, um eine genügende Entgasung zu erzielen. Hierdurch wird vermieden, daß für diesen Fall externe Energie zugeführt oder ein Teil der zu entgasenden Kohle selbst verbrannt werden muß. Das Gichtgas des Reduktionsschachtofens 1 wird in der Regel auch zum Teil in den Reduktionsprozeß zurückgeführt, indem es nach einer CO2-Entfernung dem Reduktionsgas vor dem Einblasen in den Reduktionsschachtofen zugemischt wird. Bei Rückführung des Gichtgases ohne CCk-Entfernung in den Vergaser empfiehlt es sich, die gesamte in den Einschmelzvergaser 7 einzugebende Kohle vorher im Entgasungsreaktor 15 zu entgasen; d.h. über die Einlaßöffnung 10 wird keine zusätzliche Kohle eingeführt. Wird jedoch keine Rückführung des Gichtgases vorgesehen, dann braucht nur ein Teil der Kohle vor dem Einbringen in den Einschmelzvergaser 7 entgast zu werden. Ein Teil der Kohle, zum Beispiel 50 %, kann dann nach einer Trocknung direkt dem Einschmelzvergaser 7 über die Einlaßöffnung 10 zugeführt werden. Der Entgasungsreaktor kann zusätzlich zur Entgasung der Kohle auch zur Vorreduktion von Eisenerz verwendet werden. Dieses wird zusätzlich zur hohle in den Entgasungsreaktor eingebracht und in diesem vorerwärmt und vorreduziert und anschließend zusammen mit dem Koks in den Einschmelzvergaser befördert. Diese Maßnahme kann anstelle der Vorreduktion im Reduktionsschachtofen oder auch zusätzlich zu dieser erfolgen. Das im Entgasungsreaktor vorreduzierte Erz kann auch, wenn es entsprechend feinkörnig ist, mit dem Abgas des Entgasers mitgerissen und dann in einem Zyklon abgeschieden werden. Aus diesem wird es dann zum Einschmelzvergaser befördert und in die in diesem gebildete Wirbelschicht eingeblasen. Zur Vorreduktion des Eisenerzes im Entgasungsreaktor können in diesem auch mehrere Wirbelbetten gebildet werden. Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von geschmolzenem Roheisen oder Stahlvormaterial, bei dem Eisenerz zunächst mittels des in einem Einschmelzvergaser erzeugten Reduktionsgases zumindest teilweise zu Eisenschwamm reduziert und anschließend in dem Einschmelzvergaser aufgeschmolzen und gegebenenfalls fertig reduziert wird, wobei dem Einschmelzvergaser neben Eisenschwamm zumindest teilweise durch ein heißes Gas entgaste Kohle und sauerstoffhaltiges Gas zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Einschmelzvergaser eingegebene entgaste Kohle mit einem hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen in einem dem Einschmelzvergaser vorgeschalteten Entgasungsreaktor dadurch gewonnen wird, daß das Heißgas für die Entgasung der Kohle innerhalb des Entgasungsreaktors aus dem bei der Entgasung entstehenden Gas und einem zugeführten sauerstoffhaltigen Gas gebildet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zur Bildung des Heißgases verwendetes sauerstoffhaltiges Gas Luft eingesetzt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft durch das bei der Entgasung entstehende Gas vorgewärmt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Entgasung entstehende Gas zur Vermeidung einer Teerbildung durch Nachverbrennung auf einem bestimmten Temperaturniveau gehalten wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasung in einem Wirbelbett erfolgt.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Entgasung entstehende Gas gereinigt und die dabei abgeschiedenen Feststoffe in den Einschmelzvergaser (7) geführt werden.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohle vor der Entgasung ein Entschwefelungsmittel zugegeben wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Heißgases zusätzlich bei der Reduktion des Eisenerzes entstandenes Gichtgas verwendet wird. 4 AT 398 783 B
  9. 9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Einschmelzvergaser (7) über eine Koksförderleitung (26) verbundener Entgasungsreaktor (15) vorgesehen ist, welcher mit einem eine Brennkammer enthaltenden Heißgaserzeuger (17) verbunden ist. 5
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Entgasungsreaktor (15) für die Zuführung des Heißgases mit Keramik-Düsensteinen versehen ist.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Entgasungsreaktor (15) ein 70 Wirbelschichtreaktor ist.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Entgasungsreaktor (15) für den Koksaustrag radiale Förderschnecken enthält.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck im Entgasungsreaktor (15) auf den Gasdruck im Kopf des Einschmelzvergasers (7) eingestellt ist.
  14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Entgasungsreaktor (15) im Bereich des Gasauslasses (18) ein Einlaß (25) für Verbrennungsluft vorgesehen ist. 20
  15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Entgasungsreaktor (15) zusätzlich zur Vorreduktion von Eisenerz vorgesehen ist. ·
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß dem Entgasungsreaktor (15) ein Zyklon 25 nachgeschaltet ist zur Abscheidung von vorreduziertem Eisenerz und daß der Feststoffauslaß des Zyklons mit dem Einschmelzvergaser verbunden ist.
  17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Entgasungsreaktor (15) mehrere Wirbelschichten ausgebildet sind für die Entgasung der Kohle und die Vorreduktion des 30 Eisenerzes. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 35 40 45 50 5 55
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