DE2424932A1 - Verfahren zur herstellung von stahl - Google Patents

Verfahren zur herstellung von stahl

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Description

PRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG
in Essen
Verfahren zur Herstellung von Stahl
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stahl aus eisenoxidhaltigen Rohstoffen, vorzugsweise oxidischen Eisenerzen, bei dem die Rohstoffe zunächst durch Direktreduktion mit einem geeigneten Gas in weitgehend metallisierten Eisenschwamm überführt werden, welcher unter Zugabe von Zuschlagsstoffen und gegebenenfalls Peinschrott in einem mit einer Metallschmelze gefüllten, geeigneten Gefaäß eingeschmolzen wird, wobei im Schmelzgefäß durch Reaktion von sauerstoff haltigen Gasen mit kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Kohlen- und/oder Koksstaub, die vorzugsweise unterhalb der Badoberfläche in die Metallschmelze eingeblasen werden, Wärme und kohlenmonoxidhaltiges Abgas gebildet wird, wobei die Wärme teilweise zum Einschmelzen des Eisenschwamms und das Abgas zur Direktreduktion und/oder auf andere Weise genutzt wird und wobei die Schmelze in ein weiteres Gefäß gelangt, in dem sie durch geeignete metallurgische Maßnahmen zu Stahl verarbeitet wird.
Es wurde bereits ein Verfahren zur Herstellung von Stahl aus feinkörnigen Eisenerzen vorgeschlagen, das folgende Verfahrensmerkmale aufweist:
EV 38/74
Bu/He - 1 -
609815/0481
a) Vorwärmung und Teilreduktion der feinkörnigen Eisenerze in einem G-egenstromwärmeaustauscher
b) Reduktion der feinkörnigen Eisenerze mit im wesentlichen aus Kohlenmonoxid bestehenden Abgasen des Schmelzprozesses in einem Wirbelschichtreaktor zu Eisenschwamm, vorzugsweise bei 500 bis 8500G
c) Abtrennung des feinkörnigen Eisenschwamms vom Reaktionsgas xnL pneumatische Förderung des Eisenschwamms in eine kohlenstoffhaltige Metallschmelze
d) Restreduktion des Eisenschwamms in der Metallschmelze durch den vorhandenen Kohlenstoff und weitere in die Metallschmelze pneumatisch einzubringende Kohlenstoffträger, insbesondere Kohlenstaub
e) Frischen der Metallschmelze mit reinem Sauerstoff, dem Kalk und weitere Zuschlagstoffe zugemischt sein können.
f) Einbringung des Sauerstoffs, der Kohlenstoffträger des Eisenschwamms und der Zuschlagstoffe in'die Metallschmelze durch unterhalb der Metallbadoberfläche angeordnete Düsen.
Bei diesem Verfahren ist weiterhin vorgesehen, überschüssiges Abgas aus dem Schmelzprozess zu nutzen und dem Schmelzgefäß einen Vorstahl zu entnehmen, der in einem weiteren Gefäß zu Stahl gefrischt wild.
6Q9815/Q481
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirtschaftlichkeit und die Anwendungsbreite des bereits vorgeschlagenen Verfahrens dadurch zu verbessern beziehungsweise zu erweitern, daß mittels einer geeigneten Prozeßführung die Ausnutzung der in das Verfahren einzubringenden Stoff- und Energiemengen erhöht und die Verwendung von Rohstoffen unterschiedlicher Zusammensetzung und Körnung ermöglicht wird«,
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das gesamte, stark aufgeheizte Abgas des Schmelzgefäßes mit kohlenstoffhaltigen Substanzen, vorzugsweise mit Kohlenstaub, sowie mit Wasserdampf und/oder Kohlendioxid in einem Reaktor zur Reaktion gebracht und nach einer geeigneten Konditionierung, insbesondere einer Heißentstaubung, zur Direktreduktion der eisenoxidhaltigen Rohstoffe verwendet wird, wobei das zur Direktreduktion verwendete Gas unter Zwischenschaltung einer Gasaufbereitung teilweise im Kreislauf zu führen ist. Besonders vorteilhaft ist der Ablauf des der Erfindung entsprechenden Verfahrens dann, wenn das Abgas des Schmelzgefäßes mit einer Temperatur von HOO bis 16000C in den Reaktor gelangt und diesen mit der für die Direktreduktion erforderlichen Temperatur von 800 bis 11000C verläßt. Der Wärmeinhalt des stark aufgeheizten Abgases des Schmelzgefäßes wird also zur Deckung des Wärmebedarfs folgender endothermer Reaktionen
C + H2O3* CO + H2 + 31,4 kcal C + CO2^f 200 +41,2 kcal
609815/0481
verwendet, wobei eine Abkühlung des Abgases erfolgt und gleichzeitig Wasserstoff und zusätzliches Kohlenmonoxid gebildet wird, was für den Ablauf der Direktreduktion erwünscht ist.
Der Yerfahrensablauf wird gemäß der Erfindung besonders günstig beeinflußt, wenn der Reaktor ein integraler Bestandteil des Schmelzgefäßes ist, wobei es von Torteil ist, wenn der obere Teil des Schmelzgefäßes, in dem keine Schmelze vorhanden ist, als Reaktor dient. Weiterhin sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, daß das Schmelzgefäß als Druckgefäß ausgebildet ist, wodurch das unter erhöhtem Druck stehende Abgas ohne nachträgliche Kompression, durch den Reaktor und den Reduktionsofen mit der für den Reduktionsprozess erforderlichen Geschwindigkeit strömen kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Abgas im Schmelzgefäß unter einem Druck von 0,5 bis 5 atü steht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Wärmemenge, die zur Aufrechterhaltung der für die Direktreduktion erforderlichen Temperatur in das im Kreislauf geführte Gas eingebracht werden muß, nicht nur dem abgekühlten Abgas des Schmelzgefäßes entnommen wird, sondern, daß nach der Direktreduktion ein Teil des Reduktionsgases verbrannt und zum Aufheizen des restlichen, im Kreislauf geführten Reduktionsgases verwendet wird. In vielen Fällen wird es auch zweckmäßig sein, wenn das im Kreislauf geführte Reduktionsgas durch Zuführung nuklearer Prozeßwärme aufgeheizt wird.
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Die Vorteile des der Erfindung entsprechenden Verfahrens bestehen insbesondere darin, daß zur Stahlerzeugung, die über die Zwischenstufe des Eisenschwamms abläuft, weder Hochofenkoks noch elektrische Energie erforderlich sind und daß die Energiebilanz des Verfahrens mit der des Hochofen-Sauerstoff-Blasverfahrens annähernd übereinstimmt. Weiterhin läuft das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich ab, wodurch unproduktive Standzeiten der Prozessapparate vermieden werden.
Ein Ausführungsbeispiel des der Erfindung entsprechenden Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
In einem mit Reduktionsgasen 24 betriebenen Reduktionsofen 1 wird aus Eisenerz 2 bei !Temperaturen bis etwa 11000C der Eisenschwamm 3 erzeugt. Der Eisenschwamm 3 wird unter einer nichtoxidierenden Atmosphäre kontinuierlich und vorzugsweise ohne Zwischenkühlung in das Schmelzgefäß 4 eingebracht. Im Schmelzgefäß 4 wird die zum Einschmelzen des Eisenschwamms 3 und der Zuschlagstoffe erforderliche Wärme durch Verbrennen τοη kohlenstoffhaltigen Substanzen 5 mit sauerstoffhaltigen Gasen 6 erzeugt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn Kohlen- und Koksstaub sowie Sauerstoff mit Hilfe von Manteldüsen unterhalb der Badoberfläche in die Metallschmelze eingeblasen werden, die. sich im Schmelzgefäß 4 befindet. Auch die Verwendung von Kohlenwasserstoffen sowie mit Sauerstoff angereicherter Luft ist möglich.
Bei Verwendung von Koks und Sauerstoff zur Wärmeerzeugung sind zum Einschmelzen von 1 t Eisenschwamm mit einem Eisengehalt von 85 Ms 95 ?<> etwa 320 kg Kohlenstoff erforderlieh. Bei dieser Reaktion werden etwa 600 Nnr Kohlenmonoxid
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gebildet, was zur Erzeugung von 1 t Eisenschwamm ausreicht.
Das heiße Abgas 7 wird zunächst in den Reaktor 8 geführt, der dem Schmelzgefäß 4 unmittelbar benachbart oder ein integraler Bestandteil des" Schmelzgefäßes 4 ist. In den Reaktor 8 wird ein Gemisch 9 aus kohlenstoffhaltigen Substanzen und Wasserdampf und/ oder Kohlendioxid eingebracht. Menge und Zusammensetzung des Gemisches 9 werden so gewählt, daß die Temperatur durch endotherme Reaktionen auf 800 bis 11000C absinkt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Gemisch 9 aus Kohlen-oder Koksstaub und aus der zur Wassergasbildung erforderlichen stöchiometrischen Wasserdampfemenge besteht. Das Gasgemisch 10, das in der Hauptsache aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht, wird in einem oder mehreren hintereinandergeschalteten Heißzyklonen 11 entstaubt, damit es im Reduktionsofen 1 nicht zu Verstopfungen kommt.
Das Gasgemisch 10 und der Gasstrom 20 bilden das Reduktionsgas 24, das in den Reduktionsofen 1 gelangt, der ein- oder mehrstufig ausgeführt sein kann» Das aus dem Reduktionsofen 1 austretende Gas 12 enthält noch erhebliche Anteile nicht oxidierter Bestandteile (CO und Hp) , die dem Reduktionsprozess weitgehend wieder zugeführt werden, nachdem der Staub sowie Wasser und Kohlendioxid in den Vorrichtungen 13 und 14 nach bekannten Verfahren abgetrennt worden sind.
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Vor der Rückführung des Reduktionsgases in den Reduktionsofen 1 wird das Verhältnis von Kohlenmonoxid und Wasserstoff nach den Bedürfnissen des Reduktionsprozesses dadurch korrigiert, daß ein Teil des Gases in der Vorrichtung 15 der Wassergasreaktion unterworfen wird, wobei aus Kohlenmonoxid und Wasser Kohlendioxid und Wasserstoff gebildet wird. Dem Gasstrom 12 wird ein Teilstrom 16 entnommen und mit Luft 19 in der Vorrichtung 18 -verbrannt. Die dabei freiwernende Wärme wird zum Aufheizen des im Kreislauf geführten Gases verwendet. Aus dem Gaskreislauf muß immer ein gewisser Teil entnommen werden, um die Anreicherung von gasförmigen Verunreinigungen (z.B. Stickstoff) zu verhindern und um Schwankungen der Gasmenge auszugleichen. Das gereinigte Kreislaufgas 17 wird in der Vorrichtung 18 auf eine Temperatur erwärmt, die ausreicht, um nach Mischung der Gase 20 und 10 beim Eintritt in den Reduktionsofen 1 eine Temperatur zwischen 600 und 11000C zu erzielen. Reicht die durch Verbrennung des Gasstroms 16 erzeugte Wärmemenge zum Aufheizen des Kreislaufgases nicht aus, werden zusätzlich Brennstoffe verbrannt oder es wird nukleare Prozeßwärme zugeführt. Die Kreislaufführung des Gases ist deshalb erforderlich, weil auf diese Weise die notwendige Wärmemenge in den Reduktionsofen 1 vorteilhaft eingebracht werden kanno
Das Schmelzgefäß 4 wird kontinuierlich betrieben und besitzt für das flüssige Metall 21 und die Schlacke 25 Dβ einen Ablauf. Zur Bildung einer gut handhabbaren und metallurgisch wirksamen Schlacke können der Schmelze Zuschlagstoffe, wie beispielsweise Kalk zugeführt werden.
— T —
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Wegen der kontinuierlichen Arbeitsweise ist es zweckmäßig, nach dem Einschmelzen des Eisenschwamms einen Teil der metallurgischen Arbeiten in ein weiteres Schmelzgefäß 22 zu verlegen, in dem der Stahl nachgefrischt, desoxidiert und ggf. legiert wird, bevor er zur Gießanlage 26 gelangt.
Bei Betriebsstörungen im Schmelzgefäß 4 wird der im Reduktionsofen 1 erzeugte Eisenschwamm abgekühlt und im Behälter 23 gelagert.
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Claims (8)

  1. Ansprüche j
    Verfahren zur Herstellung von Stahl aus eisenoxidhaltigen Rohstoffen, vorzugsweise oxidischen Eisenerzen, bei dem die Rohstoffe zunächst durch Direktreduktion mit einem geeigneten Gas in weitgehend metallisierten Eisenschwamm überführt werden, welcher unter Zugabe von Zuschlagstoffen und ggf. Feinschrott in einem mit einer Metallschmelze gefüllten, geeigneten Gefäß eingeschmolzen wird, wobei im Schmelzgefäß durch Reaktion von sauerstoffhaitigen Gasen mit lohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Kohlen- und/oder Koksstaub, die vorzugsweise unterhalb der Badoberfläche in die Metallschmelze eingeblasen werden, Wärme und kohlenmonoxidhaltiges Abgas gebildet wird, wobei die Wärme teilweise zum Einschmelzen des Eisenschwamms und das Abgas zur Direktreduktion und/oder auf andere Weise genutzt wird und wobei die Schmelze in ein weiteres Gefäß überführt wird, wo durch geeignete metallurgische Maßnahmen ihre Weiterverarbeitung zu Stahl erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte, stark aufgeheizte Abgas des Schmelzgefäßes (4) mit kohlenstoffhaltigen Substanzen, vorzugsweise mit Kohlenstaub, sowie mit Wasserdampf und/oder Kohlendioxid in einem Reaktor (8) zur Reaktion gebracht und nach einer geeigneten Konditionierung, insbesondere einer Heißentstaubung, zur Direktreduktion der eisenoxidhaltigen Rohstoffe verwendet wird, wobei das zur Direktreduktion verwendete Gas unter Zwischenschaltung einer Gasaufbereitung teilweise im Kreislauf zu führen ist.
    609815/0481
  2. 2. Verfahren nach Anspruen 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas des Schmelzgefäßes (4) mit einer Temperatur von 1400 bis 160O0C in den Reaktor (δ) gelangt und diesen mit der für die Direktreduktion erforderlichen Temperatur τοη 800 bis 11000C verläßt.
  3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (8) ein integraler Bestandteil des Schmelzgefäßes (4) ist.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des Schmelzgefäßes (4), in dem keine Schmelze vorhanden ist, als Reaktor (8) dient.
  5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzgefäß (4) als Druckgefäß ausgebildet ist.
  6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas im Schmelzgefäß (4) unter einem Druck von 0,5 bis 5 atü steht.
  7. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach da? Direktreduktion ein Teil des Reduktionsgases verbrannt und zum Aufheizen des restlichen im Kreislauf geführten Keduktionsgases verwendet wird.
  8. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das im Kreislauf geführte Reduktionsgas durch Zuführung nuklearer Prozeßwärme aufgeheizt wird.
    - 10 609 815/0481
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