DE2424932B2 - Verfahren zur herstellung von stahl - Google Patents
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Description
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 Feinschrott in einem mit einer Metallschmelze gefüllten, geeigneten Gefäß
eingeschmolzen wird, wobei im Schmeizgefüß durch Reaktion von sauerstoffhaltigen Gasen mit kohlenstoffhaltigen
Substanzen, insbesondere Kohlen- und/oder ίο 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.
In der DT-OS 24 Ol 909 wurde ein Verfahren zur Herstellung von Stahl aus feinkörnigen Eisenerzen
vorgeschlagen, das folgende Verfahrensmerkmale aufweist
a) Vorwärmung und Teilreduktion der feinkörnigen Eisenerze in einem Gegenstromwärmeaustauscher,
b) Reduktion der feinkörnigen Eisenerze mit im wesentlichen aus Kohlenmonoxid bestehenden
Abgasen des Schmelzprozesses in einem Wirbelscbichtreaktor
zu Eisenschwamm, vorzugsweise bei 500 bis 850° C,
c) Abtrennung des feinkörnigen Eisenschwamms vom Reduktionsgas und 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 Metallbad-Oberfläche 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 wird.
In der DT-PS 12 66 330 ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von kohlenstoffhaltigem
Eisen durch Reduktion eines Eisenerzes beschrieben, bei dem die Vorreduktion des Eisenerzes in einer ersten
Reaktionszone bei einer Temperatur, die unterhalb der Sintertemperatur des Erzes liegt, mit einem Reduktionsgas
durchgeführt wird, das aus einer zweiten Reaktionszone, in der die Reduktion des Eisenerzes zu Ende
geführt wird, stammt. Bei diesem bekannten Verfahren soll die Endreduktion durch Einführung von gekracktem
Methan und Sauerstoff in ein flüssiges kohlenstoffhaltiges Eisenbad durchgeführt werden, wobei die eingeführten
Gase in gleicher Weise wie das aus der ersten Reaktionszone stammende vorreduzierte Material in
die Mitte des kohlenstoffhaltigen Eisenbades eingebracht werden. Bei dem aus der DT-PS 12 66 330
bekannten Verfahren ist auch vorgesehen, das im Schmelzofen anfallende Gas dem Reduktionsgas der
ersten Reduklionsstufe zuzumischen und somit für die
Direktreduktion der eisenoxidhaltigen Materialien zu verwenden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirtschaftlichkeit und die Anwendungsbreite des in der
DT-OS 24 Ol 909 vorgeschlagenen Verfahrens dadurch zu verbessern bzw. zu erweiteren, 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, in an sich bekannter Weise durch Zumischen zu dem
Reduktionsgas, das in der Reduktionsstufe teilweise in einem mit einer Gasaufbereitung versehenen Kreislauf
geführt wird, zur Direktreduktion der eisenoxidhaltigen Rohstoffe verwendet wird.
Besonders vorteilhaft ist der Ablauf des der Erfindung entsprechenden Verfahrens dann, wenn das Abgas des
Schmelzgefäßes mit einer Temperatur von 1400 bis 1600° C in den Reaktor gelangt und diesen mit der für
die Direktreduktion erforderlichen Temperatur von 800 bis HOO0C verläßt. Der Wärmeinhalt des stark
aufgeheizten Abgases des Schmelzgefäßes wirj also zur Deckung des Wärmebedarfs folgender endothermer
Reaktionen
C + H2O^CO + H2 + 31,4 kcal
C + CO2i±2CO + 41,2 kcal
C + CO2i±2CO + 41,2 kcal
verwendet, wobei eine Abkühlung des Abgases erfolgt und gleichzeitig Wasserstoff und zusätzliches Kohlenmonoxid
gebildet wird, was für den Ablauf der Direktreduktion erwünscht ist.
Der Verfahrensablauf wird gemäß der Erfindung besonders günstig beeinflußt, wenn der Reaktor ein
integraler Bestandteil des Schmelzgefäßes ist, wobei es von Vorteil 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.
Die Vorteile des der Erfindung entsprechenden Verfahrens bestehen insbesondere darin, daß zur
Stahlerzeugung, die über die Zwischenstufe des Eisenschwamms abläuft, wedei 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.
ίο 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 HOO0C 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 von 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
eingehlasen 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 bis 95%
etwa 320 kg Kohlenstoff erforderlich. Bei dieser Reaktion werden etwa 600 Nm3 Kohlenmonoxid 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 HOO0C absinkt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn
das Gemisch 9 aus Kohlen- oder Koksstaub und aus der zur Wassergasbildung erforderlichen stöchiometrischen
Wasserdampfmenge 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 H2), 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.
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
24 24 Ü52
und mit Luft 19 in der Vorrichtung 18 verbrannt. Die dabei freiwerdende 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 zusätzliche
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 we-den kann.
Das Schmelzgefäß 4 wird kontinuierlich betrieben
Das Schmelzgefäß 4 wird kontinuierlich betrieben
und besitzt für das flüssige Metall 21 und die Schlacke 25 je einen Ablauf. Zur Bildung einer gut handhabbaren
und metallurgisch wirksamen Schlacke können der Schmelze Zuschlagstoffe, wie beispielsweise Kalk
zugeführt werden.
Wegen der kontinuierlichen Arbeitsweise ist es ίο 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.
Bei Betriebsstörungen im Schmelzgefäß 4 wird der im Reduktionsofen 1 erzeugte Eisenschwamm abgekühlt und im Behälter 23 gelagert.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung von Stahl aus eisenoxidhaltigen Rohstoffen, vorzugsweise oxidisehen
Eisenerzen, bei dem die Rohstoffe zunächst durch Direktreduktion mit einem geeigneten Gas in
weitgehend metallisierten Eisenschwamm überfübt 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 sauerstoffhaltigen Gasen mit kohlenstoffhaltigen
Substanzen, insbesondere Kohlen- undi/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, in an sich bekannter Weise durch
Zumischen zu dem Reduktionsgas, das in der Reduktionsstufe teilweise in einem mit einer
Gasaufbereitung versehenen Kreislauf geführt wird, zur Direktreduktion der eisenoxidhaltigen Rohstoffe
verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas des Schmelzgefäßes (4) mit
einer Temperatur von 1400 bis 16000C in den Reaktor (8) gelangt und diesen mit der für die
Direktreduktion erforderlichen Temperatur von 800 bisllOOTver'äßt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (8) ein
integraler Bestandteil des Schmelzgefäßes (4) ist.
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. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzgefäß (4) als
Druckgefäß ausgebildet ist.
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. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Direktreduktion ein
Teil des Reduktionsgases verbrannt und zum Aufheizen des restlichen im Kreislauf geführten
Reduktionsgases verwendet wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das im Kreislauf geführte
Reduktionsgas durch Zuführung nuklearer Prozeßwärme aufgeheizt wird.
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