DE1267692B

DE1267692B - Verfahren zur Reduktion von Metalloxyden mit Kohle im Wirbelbett

Info

Publication number: DE1267692B
Application number: DE19601267692
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing E H Hermann Sche Dr-Ing; Dr-Ing Werner Wenzel
Original assignee: WERNER WENZEL DR ING
Current assignee: WERNER WENZEL DR ING
Priority date: 1960-08-10
Filing date: 1960-08-10
Publication date: 1968-05-09

Description

Verfahren zur Reduktion von Metalloxyden mit Kohle im Wirbelbett In Fließbetten, auch Wirbelbetten oder Wirbelschichten genannt, werden nach bekannten Verfahren Reaktionen zwischen Gasen und Feststoffen durchgeführt, wobei das Reaktionsgas die für die Aufrechterhaltung des Fließbettes in demselben aufwärts strömende Komponente darstellt, während der Feststoff das kleinkörnige bis staubförmige Material ist, das sich in dem Aufwärtsgas im Schwebezustand befindet. Solche Fließbetten sind an sich für die Reduktion von Eisenerzen bereits herangezogen worden, wobei man bei bekannten Verfahren zweistufig arbeiten muß, wenn man zu flüssigem Eisen kommen will. 1. Stufe = Reduktion im Fließbett unter Gewinnung von festem Eisenschwamm. 2. Stufe = Einschmelzen des Eisenschwamms.
Diese Fließbettreduktion hat aber grundsätzliche Vorteile vor anderen bekannten Ausführungsformen von Eisenerzreduktionsanlagen, bei denen das Erz infolge der spiralig geführten Gasströmung in dem Gas so lange in der Schwebe gehalten wird, bis das Erz reduziert ist. Beim Fließbettzustand, der eine Pseudoflüssigkeitswirkung darstellt, erhält der Feststoff auch bei geringen Gasgeschwindigkeiten durch die Stoßwirkung der umgebenden Teilchen einen ständigen Auftrieb, der zu einer Art Schweben in dem Gasstrom führt. Im Fließbett lassen sich deshalb bei verhältnismäßig kleinen Gasgeschwindigkeiten auch gröbere Körnungen reduzieren, die in einem turbulenten und spiraligen Gasstrahl nur bei hohen Gasgeschwindigkeiten in der Schwebe gehalten und damit reduziert werden konnten.
Das in das Fließbett einzuführende Gas wird normalerweise durch öffnungen in der Bodenplatte des Fließbettes in entsprechend feinem Verteilungszustand in das Fließbett eingeblasen. Diese Arbeitsweise ist nicht möglich, wenn in dem Fließbett ein Prozeß durchgeführt wird, der zur Herausbildung flüssiger Komponenten mit so hoher Viskosität führt, die den Durchtritt des Gases in einem entsprechend feinen Verteilungsgrad unmöglich macht. Das Einblasen des Gases durch den Boden ist auch dann nicht durchführbar, wenn sich am Boden des Fließbettes feste oder flüssige Komponenten ansammeln, die der Reaktion mit dem einzublasenden Gas entzogen werden sollen.
Diese Bedingungen liegen vor, wenn in einem Kohlefließbett in an sich bekannter Weise Eisenerze reduziert werden sollen, die von oben auf das Kohlefließbett aufgestreut werden und unter Reduktion und eventuellem Aufschmelzen durch das Kohlefließbett hindurchfallen. Bei einem derartigen Verfahren sammelt sich am Boden des Fließbettes das reduzierte Eisenerz in Form von mehr oder minder fertig reduziertem Schwammeisen oder in Form von flüssigem Eisen und flüssiger Schlacke. Wenn man bei einem derartigen Reduktionsprozeß den Wärmebedarf dadurch aufbringt, daß oxydierende Gase in das Kohlefließbett eingeblasen werden, so ergibt sich die oben gekennzeichnete Schwierigkeit, daß beim normalerweise üblichen Einblasen der Gase durch den Boden des Fließbettes die oxydierenden Gase mit dem Schwammeisen bzw. dem flüssigen Eisen reagieren und die im oberen Teil des Fließbettes gebildeten und am Boden desselben abgesetzten Reduktionsprodukte wieder zurückoxydieren.
Die vorliegende Erfindung weist einen Weg, Kohlefließbetten, die zur Durchführung von Reduktionsprozessen dienen, insbesondere der Reduktion von Eisenerzen, durch Einblasen oxydierender Gase, insbesondere von Sauerstoff, zu beheizen.
Erfindungsgemäß wird das Reaktions as bzw. der C 9 Sauerstoff von oben in das Fließbett eingeblasen. Zu diesem Zweck sind über dem Fließbett Einblasedüsen angeordnet, aus denen das Gas vertikal von oben in das Fließbett geblasen wird. Dabei wird durch die entsprechende Anordnung einer größeren Zahl von Einblasedüsen der gesamte Gasstrom in so viel Teilströme aufgeteilt, wie sie zur gleichmäßigen Beaufschlagung des gesamten Fließbettes erforderlich sind. Die Austrittsgeschwindigkeit des Gases aus der Düse wird so gewählt, daß die Eindringtiefe desselben die optimalen Bedingungen für den durchzuführenden Prozeß ergibt.
Für die Durchführung der Reduktion von Eisenerzen in einem Kohlefließbett bei flüssiger Abscheidung der Reduktionsprodukte haben sich z. B. die folgenden Bedingungen als zweckmäßig erwiesen: Durch die in üblicher Weise wassergekühlten Einblasedüsen, deren Mündung 0 bis 20 cm über der Fließbettoberfläche liegt und deren Austrittsgeschwindigkeit bei überschallgeschwindigkeit liegt, ,wird pro Düse zwischen 5 und 10 Nms/h Sauerstoff vertikal von oben in das Fließbett eingeblasen. Der Abstand der Düsen voneinander liegt zwischen 10 und 50 cm. Das Kohlefließbett besteht aus einer Kohle, die mit einer Körnung zwischen 0 und 5 mm, vorzugsweise bei 0 bis 0,5 mm, in das Fließbett gegeben wird. Die Höhe der Fließbettschicht liegt zwischen 30 und 100 cm. Das Erz wird normalerweise in einer Körnung von 0 bis 5 mm, vorzugsweise bei 0 bis 0,5 mm, von oben zwischen den Einblasedüsen in das Fließbett eingestreut. Das Erz kann aber auch im oberen Teil seitlich, z. B. durch Schnecken, in das Fließbett eingeführt werden, es kann aber auch dem durch die Düsen einzublasenden Reaktionsgas beigemischt werden. Die Zuführung der Kohle in das Fließbett erfolgt entweder nach Maßgabe ihres Verbrauches mit dem Erz zusammen oder getrennt vom Erz durch Einstreuen von oben oder Zuführung von der Seite.
Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch für den Fall der Anwendung auf die Reduktion von Eisenerzen im Fließbett unter Gewinnung von flüssigem Eisen auf die Einwirkung des von oben in das Fließbett einzublasenden Reaktionsgases auf das am Boden des Fließbettes sich abscheidende flüssige Produkt. Es ist z. B. vorgesehen, daß auf das am Boden eines solchen Fließbettes sich abscheidende Eisen, das gewöhnlich einen höheren Gehalt, z. B. 3 %, an Kohlenstoff und ebenso, z. B. 1 %, an Silizium aufweist, entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich Sauerstoff aufzublasen, um auf diese Weise die roheisenähnlichen Reduktionsprodukte in stahlähnliche oder in Stahl umzuwandeln. Dies erfolgt nach der Erfindung derart, daß z. B. die Sauerstoffeinblasedüsen oder ein Teil derselben, die sich normalerweise mit ihrer Mündung über der Oberfläche des Fließbettes befinden, nachdem sich eine entsprechende Menge an Roheisen am Boden des Fließbettes angesammelt hat, so weit in das Fließbett abgesenkt werden, daß der Sauerstoffstrahl die Oberfläche des flüssigen Roheisens erreicht. Nachdem die gewünschte Frischwirkung des Sauerstoffs auf das Roheisen erzielt ist, wird der Stahl bzw. das stahlartige Produkt aus dem Fließbett abgestochen; die Düsen werden danach wieder nach oben gezogen.
Das periodische Frischen des Roheisens am Boden des Fließbettes mittels der oberhalb des Fließbettes angeordneten Einblasedüsen kann auch so erfolgen, daß der Einblasedruck und damit die Austrittsgeschwindigkeit des Sauerstoffs bei allen Einblasedüsen oder bei einem Teil derselben periodisch geändert wird. In diesem Fall wird normalerweise mit einem geringeren Sauerstoffdruck geblasen, so daß der Sauerstoffstrahl nicht bis auf die Oberfläche des flüssigen Roheisens am Boden des Fließbettes reicht. Nur wenn nach Ansammlung einer entsprechenden Menge von Roheisen dasselbe zu Stahl gefrischt werden soll, wird der Sauerstoffdruck erhöht, so daß nunmehr der Sauerstoffstrahl bis an die Oberfläche des Roheisens gelangt.
Das Verfahren nach der Erfindung kann schließlich auch so betrieben werden, daß ein Teil der Sauerstoffeinblasedüsen ständig in einer derartigen Höhe über der Oberfläche des flüssigen Eisens am Boden des Fließbettes und mit einem derartigen Sauerstoffdruck betrieben wird, daß eine kontinuierliche Frischwirkung auf das am Boden des Fließbettes angesammelte Eisen erfolgt.
Der Grundgedanke dieser Erfindung läßt gegenüber den vorangehenden Ausführungen verschiedene Abänderungsmöglichkeiten zu. Zum Beispiel kann das in das Fließbett eingeblasene Reaktionsgas statt vertikal von oben auch schräg von oben eingeblasen werden. Die Einblasedüsen können statt über der Oberfläche des Fließbettes auch unterhalb der Oberfläche angeordnet sein. Die Einblasedüsen können gleichmäßig über den Querschnitt des Fließbettes verteilt sein, sie können aber auch in bestimmten Bereichen des Fließbettes liegen, z. B. kann die Gaskomponente auch schräg von oben durch die Wandungen eingeblasen werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Reduktion von Metalloxiden mit Kohle im Wirbelbett, dadurch gekennz e i c h n e t, daß der zur Verbrennung der Kohle dienende Sauerstoff bzw. das sauerstoffhaltige Gas in einzelnen Strahlen von oben in ein Kohlewirbelbett eingeblasen, während gleichzeitig das zu reduzierende Metalloxid von oben in das Kohlewirbelbett gegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des von oben in das Kohlefließbett eingeblasenen Sauerstoffs auf die Oberfläche des am Boden des Fließbettes sich abscheidenden flüssigen Eisens geblasen wird. 3. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß über der Oberfläche des Fließbettes gegebenenfalls vertikal verschiebbare Einblasedüsen für Reaktionsgase angeordnet sind, die derartige Reaktionsgase vertikal von oben in das Fließbett einblasen.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentanmeldung B 33960 IV a/12 g (bekanntgemacht am 3. 5. 1956); britische Patentschrift Nr. 829 005; USA.-Patentschrift Nr. 2 287 476.