DE1433376A1 - Verfahren zur Gewinnung von fluessigem Eisen durch Reduktion von Eisenoxyderz - Google Patents

Description

I Dr. EzpL j

Vereinigte österreichische EiJiSP

und Stahlwerke Aktiengesellschaft η / ooo^r

in Linz

Verfahren zur Gewinnung von flüssigem Bisen durch Reduktion von Eisenoxyderz

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren eur Gewinnung von flüssigem Bisen durch Umsetzung von Eisenoxyd mit einem reduzierenden Gas in einer Reduktionezone und Schmelzen des Reduktionsproduktes in einer kombinierten Schmelz- und Gaserzeugungszone.

Zur Gewinnung von flüssigem Bisen durch direkte Reduktion von Bisenoxyd sind schon verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, mit dem Ziel, den üblichen Hochofenprozeß zu ersetzen. Der.Hochofenprozeß, der bisher immer noch als wirtschaftlichste Methode zur Gewinnung von flüssigem Eisen angesehen wird, hat verschiedene schwerwiegende Nachteile, die besonders in jüngster Zeit mehr und mehr zur Geltung kommen:

In den wirtschaftlich hochentwickelten Ländern, in denen die metallurgischen Zentren konzentriert sind, «acht sich der Hangel an Kokskohle empfindlich bemerkbar. Gute Kokskohle, die beim Verkoken einen me» tallurgischen Koke mit genügender Festigkeit liefert,

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um dem Druck der Hochofenbeschickung standzuhalten, ist selten geworden, und die Ausgaben für den Koks stellen in wirtschaftlicher Hinsicht die Hauptbelastung für den Hochofenprozeß dar,

Entwicklungsländer, die beginnen, sich zu industrialisieren und mit reichen Erzlagerstätten eine Eisenindustrie aufbauen wollen, suchen ebenfalls einen Ersatz für den wirtschaftlich mit außerordentlich hohen Anlagekosten belasteten Hochofenprozeß, zumal auch dort das Koksproblem das am schwersten zu überwindende Hindernis darstellt.

Ein weiterer Nachteil des Hochofenprozesses besteht darin, daß kein feinteiliges Erz verwendet werden kann, weil dieses dem Druck der Hochofenbeschickung nicht standthält. Es muß vorher gesintert und verfestigt werden, was zusätzliche Aufwendungen an Zeit und Arbeit erfordert. Schließlich ist zu bemerken, daß das im Hochofenprozeß gewonnene Roheisen noch einem weiteren Verarbeitungsverfahren zu Stahl unterworfen werden muß, um es technisch verwenden zu können.

An Vorschlägen zur direkten Reduktion von Eisenoxyd liegen die folgenden Hauptgruppen vor:

a) die Gewinnung von Schwammeisen bei mäßigen und

niedrigen Temperaturen (500 - HOO⁰G); h) die Gewinnung von Eisenluppen bei Temperaturen

von 1250 - 14QO⁰O;
c) die Gewinnung flüssigen Eisens unmittelbar aus

dem Erz ohne das Roheisenstadium. . 8-0 980 7/Q 1.3 3

Die unter a) erwähnIen Verfahren arbeiten meist unter Verwendung von Drehrohrofen oder von Schachtofen, wobei verschiedene Arten fester Brennstoffe und brennbarer Gase als Reduktionsmittel genutzt werden. Eine Anwendung im technischen Umfang mit gasförmigen Reduktionsmitteln hat bisher nur das sogenannte Wiberg-Verfahren gefunden; das dabei erhaltene Produkt ist jedoch verhältnismäßig unrein und kann im allgemeinen nur als synthetischer Schrott od. dgl. verwendet werden.

Auch die unter b) genannten Verfahren zur Erzeugung von Eisenluppen werden in Drehrohrofen durchgeführt. Der Hauptmangel dieser Verfahren, die auch als Rennprozesse bezeichnet werden, ist ihre geringe Leistung sowie die geringe Haltbarkeit der feuerfesten Ausmauerung in der Luppzone des Ofens.

Die dritte, unter Punkt c) genannte Gruppe -von Verfahren, zu denen auch das vorliegende Verfahren gehört, steht am Beginn einer vielversprechenden Entwicklung. Bekannt ist auf diesem Gebiet das sogenannte Zyklon-Verfahren, bei dem pulverförmiges Erz in Spezialkammern mit heißen Gasen auf eine hohe Temperatur.aufgeheizt und dann in einem Reaktor mit wassergekühlten Wänden und Boden gelangt. Durch andere Öffnungen werden dem Reaktor staubförmige Kohle und Sauerstoff zugeführt. Durch Regelung der Verbrennung des Brennstoffes kann man durch einen Überschuß an Reduktionsgas hohe Temperaturen erhalten, wodurch die in den Reaktor gelangenden Teilchen reduziert,

geschmolzen und durch die Wirkung eier Zentrifugalkraft von Schlacke und Gangart getrennt werden.

Es wurde ferner ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem in einer kombinierten Schmelz- und Gaserzeugungszone durch Verbrennung von Brennstoffen mit luft oder Sauerstoff ein reduzierendes Gas hergestellt wird, das in einer anschließenden Reduktionszone im Gegenstrom zu absinkenden Erzteilchen geleitet wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß in der kombinierten ScHmelz- und Gaserzeugungszone übermäßig große Mengen von Brennstoff und Sauerstoff verbraucht werden müssen, um die thermischen Bedingungen für den Schmelz- und Reduktionsprozeß zu erreichen. Die chemische Ausnutzung der zugeführten Kohle als Reduktionsmittel ist daher gering, und die Belastung durch die Abgasmengen sehr groß. Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man auch vorgeschlagen, in der Schmelz- und Gaserzeugungszone ein Gas mit oxydierenden Eigenschaften zu erzeugen, welches in einer anschließenden Umwandlungszone durch Zusatz berechneter Mengen von Kohle und Sauerstoff aufgewertet.und in den Eigenschaften reduzierend gemacht wird, worauf es in einer anschließenden Reduktionszone im Gegenstrom mit Erz reagiert. Meist ist es auch notwendig, dem Erz Kohle beizumengen, um durchführbare Voraussetzungen für eine Reduktion zu schaffen, und die Zusammensetzung des Gases muß in allen Verfahrensstufen genau eingestellt und überprüft werden. Die zwischengeschaltete Umwandlungszone er-

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fordert außerdem eine Reinigung des Gases durch Wäscher, wobei eine Abkühlung vor ujt Reinigung und nochmalige Aufheizung vor der Reduktion die Wärmebilanz verschlechtert.

Die vorliegende iifindurig bezweckt die Vermeidung dieser Schwierigkeiten und Nachteile» Im besonderen ist es ein Ziel der Erfindung, ein einfaches und betrieblich leicht handhabbares Verfahren zu schaffen, das eine weitgehende Regelungsmöglichkeit für die Zusammensetzung des Gases und damit für den Ablauf der metallurgischen Reaktionen erlaubt.

Erfindungsgemäß sollen weiters einfache Anlagen zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden, die eine kontinuierliche und diskontinuierliche Durchführung ermöglichen und die Anlagekosten in bescheidenen Grenzen halten.

Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Gewinnung von flüssigem Eisen, wobei Eisenoxyd mit einem reduzierenden Gas in einer Reduktionszone umgesetzt und das Reduktionsprodukt in einer kombinierten Schmelz- und Gaserzeugungsanlage geschmolzen wird; besteht darin, daß in der mit einer zusätzlichen Heizung versehenen Schmelz- und Gaserzeugungsanlage durch Verbrennen von kohlenstoffhaltigem Material mit einem sauerstoffhältigen Gas, vorzugsweise reinem Sauerstoff, und gegebenenfalls durch thermische Zersetzung von Wasser, ein Gas mit reduzierenden Eigenschaften erzeugt wird, welches direkt, d.h. ohne zwischen-

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geschaltete Umwandlungszone,' der Reduktionszone zugeführt wird, wobei die Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Materials so geregelt wird, daß der zugeführte' Kohlenstoff zum größten Teil zur chemischen Reduktion des Eisenoxyds ausgenutzt wird, während die für den Schmelzprozeß erforderliche Wärme durch eine zusätzliche Heizung der Schmelzzone aufgebracht wird.

.Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet somit in der ersten Stufe auf die Erzeugung von Kohlenmonoxyd hin, was bekanntlich durch unvollständige Verbrennung des im Brennstoff vorhandenen Kohlenstoffes bewerkstelligt werden kann. Bei der Verbrennung von Kohlenstoff mit reinem Sauerstoff zu CO entstehen in der Brennzone Temperaturen von etwa 2700⁰C. Zur Erzeugung von 1000 kg Eisen (Pe) aus Fe₂O, benötigt man bei 1200⁰C 1818 Hin' CO, wobei sich bei dieser Temperatur 67$ CO mit 33$ CO₂ im Gleichgewicht befinden. Bei 3QO⁰C befinden sich 19,45$ CO mit 80_r55$ CO₂ im Gleichgewicht. Daraus ergibt sich, daß die in der Brennzone erreichte Temperatur von 2700⁰C zu hoch ist, um optimale Bedingungen in der Reduktionszone zu gewährleisten, und diese Temperatur wird zweckmäßig herabgesetzt, indem Wasser oder Wasserdampf in die Brennzone eingeführt wird. Um die Verbrennungstemperatur von rund 2?00°C auf etwa 165O⁰C herabzusetzen, werden erfindungsgemäß 20 bis 25 Vol.-$ Wasserdampf (bezogen auf die bei der Verbrennung von Kohlenstoff mit reinem Sauerstoff entstehende CO-Menge - 970 Nm³/i000 jj-g p_e - 100$ -) in

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die Brennzone eingeführt. Die genannte CO-Menge reicht aus, um im Temperaturbereich von 1200⁰C bis zu 300⁰C (Ende der Reduktionszone) insgesamt 1000 kg Fe zu reduzieren. Der thermische Zerfall des zugeführten Wasserdampfes verläuft in Gegenwart von Kohle nach der Gleichung HpO + C CO + Hp endotherm, wobei sich ein Gemisch von Wasserdampf, CO und Hp bildet. Dieses Gleichgewicht verschiebt sich mit steigender Temperatur nahezu vollständig auf die rechte Seite. Der H₂-Gehalt beträgt dann in diesem Reduktionsgas 10 bis 11$.

Die Reduktion von FepO^ mit reinem Hg verläuft bei Temperaturen bis zu 1150⁰C endotherm und darüber leicht exotherm, während die Reduktion mit reinem CO bei allen in Frage kommenden Temperaturen exotherm verläuft. Bei Temperaturen von 300⁰C am Ende der Reduktionszone ist der zugeführte Brennstoff bis auf einen Rest von etwa 20$ CO vollständig als chemisches Reduktionsmittel ausgenutzt. Bei niedrigen Temperaturen liegt das CO als metastabiler Stoff vor und ist vollkommen beständig. Da endotherme Reaktionen bei höherer Temperatur günstiger als bei tieferer Temperatur verlaufen (bei exothermen Vorgängen kehren sich die Temperaturverhältnisse um), ist es vorteilhaft, die Reduktion mit Hp bei höheren und mit CO bei tieferen Temperaturen vor sich gehen zu lassen.

Auf Grund thermochemischer Erwägungen ergibt sich, daß die Reduktion des Eisenoxyds mit einem Gemisch von 17 bis 20$ H₂ und 80 bis 83$ CO nahezu temperatur-

unabhängig verläuft, d.h., daß die Reduktionswirkung dieses Gasgemisches sowohl bei tieferen als auch bei höheren Temperaturen annähernd gleich ist.

TIm den H₂-Gehalt von 1 1$ auf 17 bis 2O?£ zu erhöhen, bedarf es einer zusätzlichen Wasser- bzw. Wasserdampfmenge, womit jedoch ein unerwünschter Wärme- · abfall verbunden wäre. Dieser wird erfindungsgemäß durch zusätzliche elektrische Heizung ausgeglichen, so daß man wieder Temperaturen von rund 165O⁰C erhält.

Anstelle von Wasserdampf kann auch Methan in die Brennzone eingeführt werden, wobei Methan mit eventuell bei der Verbrennung entstandenem CO₂ nach der Gleichung CH, + CO₂ CO + 2 H₂ wieder unter Bildung eines Gemisches von CO, H₂, CH. und CO₂ reagiert.

Wie oben erwähnt wurde, ist es ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, die Schmelz- und Gaserzeugungsanlage durch eine zusätzliche Heizung, d.h. also ohne unnötigen Verbrauch von Brennstoff und dementsprechend ohne die Erzeugung von übermäßigen Gasmengen, auf Schmelztemperatur zu,bringen. Vorzugsweise wird die zusätzliche, für das Schmelzen des Reduktionsproduktes erforderliche Wärme in Form elektrischer Energie durch eine Lichtbogenheizung zugeführt. Bevorzugt wird die Anordnung von Soderberg- oder Graphitelektroden, die von oben in eine geschlossene Schmelzkammer ragen. Es ist jedoch auch möglich, mit einer Bodenelektrode und einer von oben eingeführten Elektrode zu arbeiten.

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Die Art dee kohlenstoffhaltigen Materials, . die zur Erzeugung des Reduktionsgases verwendet wird, °;ist beliebig wählbar. Es können neben hochwertigen Koks kohlen auch minderwertige Kohlesorten, öl, Kbhlenwasser stoffgase oder Mischungen davon verwendet werden. Man kann vorteilhaft feuchte Brennstoffe verwenden, wobei das enthaltene Wasser nach den früher angegebenen Reaktionen, thermisch zersetzt wird. Der im Brennstoff enthalten© Feuchtigkeitsgehalt wird bei der Bemessung des zusätzlichen Wassers bzw. Wasserdampfes berücksichtigt. Als Sauerstoff lieferndes Gas wird reiner Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft bevorzugt, damit der Stickstoffballast auf einem Minimum gehalten wird. Bei Verwendung von naturfeuchter Kohle erhält man durch Verbrennen der Kohle mit reinem Sauerstoff zu CO und Umsetzung des enthaltenen Feuchtigkeitsgehaltes zu CO und Hp beispielsweise ein Reduktionsgas mit etwa

CO und 15,9# H₂, bei Temperaturen über 800⁰C, die in der Gaserzeugungszone vorliegen. Der erwünschte höhere Gehalt des Reduktionsgases an Wasserstoff von beispielsweise 20$ wird durch die Einführung von zusätzlichem Wasserdampf erreicht, der zusammen mit dem Sauerstoff eingebracht werden kann.

Durch die Regelungsmöglichkeit der Mengen des zugegebenen Kohlenstoffes und Sauerstoffes einerseits und durch die Möglichkeit der beliebigen Temperaturregelung durch elektrische Heizung anderseits, gelingt es

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auf einfache Weise, die Zusammensetzung des Reduktionsgas.es und die Bedingungen in der Reduktionszone optimal einzustellen. Im allgemeinen wird auf Grund von Gleichgewichtsbeziehungen das in die Schmelzzone kommende Reduktionsprodukt stets einen geringen Anteil an unreduziertem Eisenoxyd enthalten. Dieses Eisenoxyd wird durch im Schmelzprodukt gelösten Kohlenstoff indirekt reduziert und man hat es durch die erfindungsgemäße Kombination von direkter und indirekter Reduktion in der Hand, ein Fertigprodukt mit gewünschtem Kohlenstoffgehalt herzustellen. In der Scnmelzzone herrschen dann ähnliche Verhältnisse wie in einem Elektroschächtefen. Durch Zugabe von Kohle kann das Eisenoxyd in der Schmelzzone reduziert werden, bevor es schmilzt oder nachdem es geschmolzen ist.

Das vorliegende Verfahren erlaubt durch entsprechende Bemessung der Menge der zugegebenen Kohle auch eine beliebige Einstellung des Kohlenstoffgehaltes des in der Scnmelzzone geschmolzenen Reduktionsproduktes.

Das Verfahren kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden. Bei kontinuierlicher Durchführung wird unter Aufrechterhaltung der reduzierenden Bedingungen in der Schmelzzone je ein Überlauf für die Schlacke und das geschmolzene Produkt vorgesehen, und diese Produkte werden laufend oder von Zeit zu Zeit abgezogen.

Bei diskontinuierlicher Durchführung wird jeweils nach einer Reduktionsphase die Erzeugung des redu-

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zierenden Gases unterbrochen und die Verbindung der Schmelzzone mit der Reduktionszone gelöst. Jetzt befindet sioh in der Schmelzzone ein Produkt mit gelöstem Kohlenstoff» das durch Erzeugen einer oxydierenden Atmosphäre in der Schmelzzone, vorzugsweise durch Aufblasen eines SauerstoffStrahles, in ähnlicher Weise wie bei den bekannten Aufblaseverfahren, gefrischt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Einrichtungen zu seiner Durchführung werden in der Zeichnung näher erläutert.

Die Fig. 1 und 2 zeigen Aufriß und Grundriß eines Schmelz- und Gaserzeugungsgefäßes mit angeschlossenen Reduktionstürmen. Die Pig. 3 und 4 erläutern eine abgeänderte Ausführungsform.

In Fig. 1 ist mit 1 ein geschlossenes Sehmelz- und Gaserzeugungsgefäß bezeichnet, das etwa elliptischen Querschnitt hat und eine feuerfeste Auskleidung 2 besitzt. Das Gefäß ist kippbar in einer Tragkonstruktion 3 gelagert. Durch die obere Decke des Gefäßes sind zwei Söderberg- oder Graphitelektroden 4 und 4' eingeführt, von denen eine oder beide durchbohrt sein können. An der rurchtrittestelle sind die Elektroden von einem Kühlzylinder 5 umgeben. Durch die Bohrung 6 der Elektrode 4 ist heb- und senkbar eine aus konzentrischen Rohren 7, 8 bestehende Zuführungseinrichtung für Brennstoff und Brenngas eingesetzt. Durch das Innenrohr 8 kann beispielsweise pulverförmiger Koks oder Kohle und durch den Ringraum zwischen Innenrohr 8 und äußerem Rohr 7 kann Sauerstoff eingebracht werden.

Auch die umgekehrte Anordnung ist möglich. Wasserdampf oder Wasser können mit dem Sauerstoff eingebracht werden. Eine Reservezuführungseinrichtung, die mit 9 bezeichnet ist, kann in der Bohrung der zweiten Elektrode vorgesehen sein. Mit 10 und 11 sind Abstichlöcher bezeichnet.

An das elliptische Gefäß 1 sind beiderseits drehbare Trommeln 12 und 13 angesetzt, die oberhalb der Einfallöffnungen 20 in der Decke des Gefäßes enden und durch Abdeckschürzen 21, 22 gasdicht abgedichtet sind. Die Trommeln 12 und 13 können einen Zahnkranz 14 besitzen, an dem ein Antrieb 15 angreift. Die Trommeln sind mit einer feuerfesten Auskleidung versehen. Ihre Anordnung, d.h. ihre Steigung gegen die Horizontale, ist so, daß das körnige Reduktionsprodukt nicht unter dem Einfluß der Schwerkraft den Weg durch die Trommeln zurücklegen kann, sondern nur dann in das Sclimelzgefäß fällt, wenn die Trommeln rotiert werden. An beide Trommeln schließen sich die mit einer feuerfesten Auskleidung versehenen Reduktionstürme 16 und 17 an, die bis oben mit körnigem Erz gefüllt sind. Am oberen Ende der Türme sind Aufgabevorrichtungen 18 und 19 angeordnet.

Statt der dargestellten kippbaren Anordnung des Gefäßes 1 in der Tragkonstruktion 3 kann das ganze Gefäß auch auf einer Wippe angeordnet sein.

Die Durchführung des Verfahrens erfolgt in folgender Weise: Nachdem die Reduktionstürme 16 und 17 mit Erz gefüllt sind, wird in die Schmelzkammer Koks

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eingebracht und die elektrische Heizung eingeschaltet. Dann wird Sauerstoff und Brennstoff eingeblasen und die Sohmelstammer (aweckmäßig unter oxydierenden Bedingungen) so lange aufgeheizt, bis die Reduktionstürme und das Erz annähernd auf eine Temperatur von 200 bis 300⁰C unter der vorgesehenen Reduktionstemperatur aufgeheizt sind. Bann wird duroh Regelung der Verbrennung, d.h. Zufuhr von überschüssigem Kohlenstoff, in der Gaserzeugungsz(»ne Kohlenmonoxid erzeugt, und durch Einfuhren von Wasserdampf wird, wie früher erwähnt, ein Gemisch aus etwa 75 - 85# 00 und 25 - 155* H₂ erzeugt. Das reduzierende Gas streicht nach oben durch die Reduktionstürme und beginnt daa Erz zu reduzieren. Naoh Einschalten des Rotati onsantriebes für die Trommeln 12 und 13 iällt das redüaierte Produkt in das Schmelzgefäß. Nun wird das Reduktionsprodukt unter Einwj^rkung der elektrischen Heizung niedergeeehmolzen. Der geringe Anteil des erhaltenen nicht reduzierten Eisenoxydes wird indirekt durch gelösten Kohlenstoff reduziert, wobei, da dies ein endothermer Vorgang ist, der sonst eintretende Wärmeverlust mit der elektrischen Heizung kompensiert wird.

Die in den Pig. 1 und 2 dargestellte Anlage ist für einen diskontinuierlichen Betrieb bestimmt. Sobald das Schmelzgefäß bis zu etwa einem Drittel gefüllt ist, wird die Erzeugung des reduzierenden Gases unterbrochen und der Rotationsantrieb der Trommeln abgestellt. Von jetzt an kann kein zusätzliches Reduk-

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-H -

tionsprodukt in das Schmelzgefäß fallen. Durch Aufblasen eines SauerstoffStrahles durch eines der Zuführungsrohre wird, gegebenenfalls nach Zugabe von Zuschlagstoffen, das geschmolzene C-haltige Produkt gefrischt. Anschließend wird durch Kippen des Gefäßes der Stahl und die Schlacke aligegossen, worauf die nächste Reduktionsphase in beschriebener Weise durchgeführt werden kann. Da der den Reduktionsphasen zwischengeschaltete Frischprozeß nur wenige Minuten in Anspruch nimmt (etwa 10 Minuten) und außerdem unter Wärmeabgabe verläuft, bleibt das Erz in den Reduktionstürmen auf Reduktionstemperatur, und die nächste Reduktionsphase kann sofort begonnen werden»

Die Pig. 3 und 4 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform, die besonders für einen kontinuierlichen Betrieb des Verfahrens bestimmt ist« Das Schmelzgefäß 1 ist ortsfest angeordnet und besitzt einen Abstich 23 für Schlacke und einen Abstich 24 für das geschmolzene Reduktionsprodukt. Die Verbindung der Schmelzkammer 1 mit den Reöuktionetürmen 16, 17 ist ebenfalls ortsfest und lagefixiert, ohne die Anordnung von zwiscfcenge schal te ten Trommeln. Mit 4 und 4' sind wieder durchbohrte Elektroden und mit 7, 8, 9 konzentrische, die Elektroden durchsetzende Zuführungsleitungen für Brennstoff, Brenngas und Wasserdampf oder ILpO bezeielinet. Die konzentrischen Leitungen können von einem Kühler 5 umgeben sein, wie in Fig. 3 angedeutet.

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lter Beginn des Verfahrens wird in gleicher Weise durchgeführt, wie bei der Beschreibung der Pig. und 2 erläutert, d.h. nach Aufheizen der Reduktionstürme mit einem oxydierenden Gas wird durch Verbrennung von überschüssigem Kohlenstoff mit Sauerstoff Kohlenmonoxid gebildet und durch Zufügen von Wasserdampf ein Kohlenmonoxyd-Wasserstoff-Gemisch hergestellt. Sobald nach Beginn der Reduktion sich geschmolzenes Reduktionsprodukt im Schmelzgefäß angesammelt hat, werden durch die Abstichlöcher 20, 21 das hergestellte flüssige Eisen und die Schlacke laufend oder zeitweise abgestochen.

Durch das folgende Ausführungsbeispiel wird das Verfahren gemäß der Erfindung noch näher erläutert:

Ein Marampaerzkonzentrat mit folgender Zusammensetzung: 91»6# Pe₂O₅, 0,29$ Mn₂O,, 3,8$ SiO₂, O,37# OaO, 0,020# S, 3,6496 Al₂O₅, 0,22$ MgO und O,O32# P₃O₅ wurde als Rohstoff verwendet. Dieses Erz wurde in die Reduktionstürme einer Anlage, wie in Pig. 1 beschrieben, eingefüllt. In das mit den Reduktionstürmen gasdicht verbundene Schmelzgefäß mit einem Passungsvermögen von etwa 20 t wurden zuerst 600 kg grobstückiger Koks chargiert, die Elektroden in leitende Verbindung mit dem eingefüllten Koke gebracht und dann die elektrische Heizung eingeschaltet. Nachdem der Koks zu glühen begonnen hatte, wurde durch die in der Zeichnung dargestellte Zuführungseinrlchtung durch den Ringraum zwischen Innenrohr und Äußenrohr Sauerstoff mit einem Reinheitsgrad von 99

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eingeblasen, bis ungefähr aie Hälfte des eingefüllten Kokses zu COp verbrannt war. Durch die hohe Verbrennungstemperatur bei Aufrechterhaltung einer oxydierenden Atmosphäre wurde die Anlage, bestehend aus Schmelzgefäß, Trommeln und Türmen, auf Eeaktionstemperatur aufgeheizt.

Nach Erreichung der gewünschten Temperatur von etwa 1500⁰C im Schmelzgefäß wurde durch das Innenrohr naturfeuchte Kokskohle mit folgender Zusammensetzung: 77,196 C, 4,98$ H, 1,8196 S,0,N, .9,3O?6 H₂O, 6,8$ Asche eingebracht. Durch den Ringraum wurde reiner Sauerstoff in solchem Verhältnis eingeblasen, daß sich eine reduzierende Atmosphäre, d.h. ein Überangebot an Kohle einstellte. Die in der Kohle enthaltene Feuchtigkeit wurde dabei in CO und H₂ zersetzt.

Wie früher erwähnt, ist das thermochemisch günstigste Verhältnis von CO und H₂ etwa 78 - 80$ CO und 20 - 22$ Hp. Es wurden daher, um zu diesem Verhältnis zu gelangen, 230 kg Wasser pro 1000 kg naturfeuchter Kohle zugesetzt. Das Wasser wurde in Form von flüssigem V/asser mit dem Sauerstoffstrahl eingeblasen. Das Reduktionsgas hatte nach Einblasen dieses zusätzlichen Wassers eine Zusammensetzung von 79,5$ CO und 20,5$ H₂.

Die Verbrennungstemperatur sollte theoretisch 157O⁰C betragen, lag aber infolge von Wärmeabstrahlung auf 14-00⁰C. Die fehlende Wärme wurde durch elektrische Heizung ersetzt und eine Temperatur von 165O⁰C eingestellt. Die Menge an Reduktionsgas betrug 1022 lfar/¹⁰00

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Eisen und bestand aus 814,6 Nm*⁵ CO und 207,4 Νπγ Hg.

Das entwickelte Gas strömte aus dem öaserzeugungs- und Schmelzgefäß durch die Drehtrommeln und die mit Erz gefüllten Reduktionsschächte. Sobald die Reduktion begonnen hatte, wurden die Drehtrommeln in Bewegung gesetzt und mit konstanter Winkelgeschwindigkeit bewegt. Dadurch ergab sich eine gleichmäßige Abwärtsbewegung und gleichmäßige Reduktion des Erzes. Das Reduktionsprodukt fiel in das Schmelzgefäß und wurde unter dem Einfluß der elektrischen Heizung geschmolzen. Eine Probenahme des Reduktionsproduktes am Ende der Drehtrommeln vor Einfallen in das Schmelzgefäß zeigte, daß 90$ des eingesetzten Pe₂O, zu Pe reduziert war. Der Rest des Eisenoxydes wurde durch im flüssigen Bad gelösten Kohlenstoff indirekt reduziert.

Die Zusammensetzung des im Schmelzgefäß ge-

schmolζenen Produktes war die folgende:

0,35$ C, 0,20$ Mn, 0,45$ Si, 0,040$ S, 0,015$ Pj die Zusammensetzung der Schlacke:

2,84$ PeO, 0,74$ Mn₂O₃, 31,38$ SiO₂, 31,50$ CaO, 0,17$ S, 31,25$ Al₂O₃, 1,95$ MgO, 0,17$ P₃O₅.

Das am oberen Ende der Türme entweichende Abgas hatte eine Temperatur von 315°C und folgende Zusammensetzung: 39,3$ CO, 40,7$ CO₂, 9,9$ H₂, 10,1$ H₂O. Dieses Gas hat noch einen hohen Heizwert. Es kann zur Dampferzeugung oder zum Sintern von Erz verwendet werden.

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Wenn anstelle des beschriebenen, aus CO und Hg bestehenden Reduktionsgasgemisches reines CO zur Reduktion verwendet wird, so hat das Abgas eine Temperatur von 300⁰C und eine Zusammensetzung von 19,45$ CO und 80,55$ CO₂. In diesem Fall ist die Ausnutzung der Kohle als Reduktionsmittel besser, aber die Reduktionswirkung und die Geschwindigkeit ist geringer, weil die CO-Reduktion temperaturabhängig ist, während die Reduktion mit dem beschriebenen Gasgemisch nahezu temperaturunabhängig ist. Es wird daher die vorher beschriebene Arbeitsweise mit dem Gasgemisch bevorzugt.

Der Siliziumgehalt von 0,45$ im Reduktionsprodukt kann duroh kurzes Aufblasen von reinem Sauerstoff entfernt werden, wobei der Kohlenstoffgehalt gleichzeitig auf einen Wert von 0,10$ zurückgeht.

Die Wärme- und Materialbilariz dieser Arbeitsweise war die folgende:

Wärmegewinn:

für 989,60 kg
- 98,96 "

890,64 kg Pe/t Stahl .

unter Berücksichtigung der

eingespritzten Feuchtigkeit

und Umsatz der letzteren zu

H₂ und CO 802.027 Kcal

Wärmeverbrauch:

Reduktion von 141,34 kg ₂

zu 98,96 kg Pe 100.543 Kcal

Reduktion von Mn₂O, au 2 kg Kn . 2.668 "

Reduktion von SiO₂ zu 4,5 kg Si 24.827 "

Reduktion von P₂O₅ zu 0,15 kg P 562 "

Reduktion von Fe zu Fe~C mit 3,50 C . 1.575 "

Wärmeinhalt des flüssigen Stahles .... 270.600 "

iißfcrmeinhalt des Abgases 122.640 "

^^Iraaeinhalt der flüssigen Schlacke ... 120.400 "

Wärmeverluste ( 17,5#) 140.354 "

784.169 Kcal

Hoch zur Verfügung stehende Wärme; 17.858 Kcal

802.027 Kcal
784.169 "

17.858 Kcal

Zusätzliche Wärme, um die Temperatur

auf 1650⁰C zu halten 121.000 "

An elektrischer Energie nötig:

121.000 Kcal
17.858 "

103.142 Kcal = IO3.I42 = 120 KWh/t Stahl

Ge s amtve rbrau ch; 570 kg naturfeuchte Kohle pro 1 t Stahl 120 KWh

η 1 ο ο

MATERIALBILANZ

Gesintertes Erz Stahl (kg) Schlacke (kg) Gas (kg)

FipO,-	1413	60	,4	Kg	Fe	989	,6	FeO	6	,10	O2 43O;	,22	0 436,41	30	kg
Mn2O5	4	570	,5	H	Mn	2	,0	Mn2O5	1	,59				37
SiO2	58		,6	Il	Si	4	,5 -	SiO2	67	,29			H2 '28,	33	Il
CaO	IT»	38	,7	It				CaO	67	,59			H2O 53,	63	Il
S	O		,3	It	S.	0	,25	S	0	,57	•		SAH 10,		It
Al2O5	56		,2	Il				Al2O5	67	,05			kg 958,		kg
MgO	3	2173	,4	Il				MgO	4	,17
P2O5.	O	,5	11	P	0	,15	P2O5	0	,57
	1542	,6	kg								•
Zuschläge:
Kalk:
CaO	,0	kg
Kohle	,57	! H	G	3	,50
davon
Asche	,8	Il
	,12	! kg		1000	kg		214,	,49

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Claims (11)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung von flüssigem Eisen, durch Umsetzung •von Bisenoxyd mit einem reduzierenden Gas in einer Reduktionszone und Schmelzen des Reduktionsproduktes in einer kombinierten Schmelz- und Gaserzeugungszone_t dadurch gekennzeichnet, daß in der mit einer zusätzlichen Heizung versehenen Schmelz- und Gaserzeugungsanlage durch Verbrennen von kohlenstoffhaltigem Material mit einem sauerstoffhältigen Gas, vorzugsweise reinem Sauerstoff, und gegebenenfalls durch thermische Zersetzung von Wasser, ein Gas mit reduzierenden Eigenschaften erzeugt wird, welches direkt, d.h. ohne zwischengeschaltete Umwandlungszone, der Reduktionszone zugeführt wird, wobei die Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Materials so geregelt wird, daß der zugeführte Kohlenstoff im wesentlichen, d.h*. mindestens zum größten Teil, zur chemischen Reduktion des Eisenoxyds ausgenutzt wird, während die für den Schmelzprozeß erforderliche Wärme durch die zusätzliche Heizung der Schmelzzone aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gaserzeugungszone in Gegenwart von zur vollständigen Verbrennung des kohlenstoffha/.tr-Gen Materials nicht ausreichendem Sauerstoff CO erzeugt und durch Einführen von Wasser in die Verbrennungszone, in der es thermisch zersetzt wird, ein Gemisch aus CO und H₂ im Verhältnis von

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vorzugsweise 75 - 85$ CO und 25 - 15$ Hg erzeugt wird, wo "bei die Temperatur dieses Gasgemisches durch die zusätzliche Heizung auf etwa 165O⁰C gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß feste, flüssige oder gasförmige, gegebenenfalls naturfeuchte, Brennstoffe in der Gaserzeugungszone verbrannt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Schmelzprozeß und für die Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur des Reduktionsgases notwendige Wärme durch eine lichtbogenheizung zugeführt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt wird, und daß durch. Regelung der Menge des zugeführten Brennstoffes der Kohlenstoffgehalt im Schmelzprodukt wahlweise eingestellt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei diskontinuierlicher Durchführung des Verfahrens jeweils nach einer Reduktionsphase die Erzeugung des reduzierenden Gases unterbrochen und die Verbindung der Schmelzzone mit der Reduktionszone unterbrochen wird und dann durch Erzeugen eines oxydierenden Gases in der Schmelz- und Gaserzeugungszone, vorzugsweise durch Aufblasen von reinem Sauerstoff, das geschmolzene Produkt gefrischt wird.

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7. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein geschlossenes, mit einer feuerfesten Auskleidung versehenes Gefäß mit einer oder mehreren durch die Decke des Gefäßes ragenden Soderberg- oder Graphitelektroden zur Erzeugung eines elektrischen Lichtbogens, einer Anzahl von mit Einfallöffnungen des Gefäßes gasdicht verbundenen Einführungsschachten für das reduzierte Material und mit durch eine der Anzahl der Einführungs schachte entsprechende Anzahl von mit einer feuerfesten Auskleidung versehenen Reduktionstürmen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die EinführungsSchächte als drehbare Trommeln ausgebildet sind, die eine solche Neigung gegenüber der Horizontalen haben, daß das reduzierte Material nur während der Drehung der Trommeln in das Schmelzgefäß gefördert wird.

9* Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß kippbar ausgebildet und mit den als Trommeln ausgebildeten Einführungsschächten lösbar verbunden ist.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Elektroden durchbohrt sind und durch die Bohrung eine heb- und senkbare Zuführungs-, einrichtung_? bestehend aus zwei oder mehreren konzentrisohen Rohren, eingesetzt ist, wobei durch das Rohr und den

Brennstoff, sauerstoff hältiges Gas und gefördert werden.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 Ms 10,. dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzgefäß mit Abstich- · löchern zum Abstechen des Schmelzproduktes versehen ist.

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