DE2711423A1 - Verfahren zur herstellung von rohstahl und gegebenenfalls wasserstoff und/oder ammoniak - Google Patents

Verfahren zur herstellung von rohstahl und gegebenenfalls wasserstoff und/oder ammoniak

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Description

f ~ 271H23
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohstahl und gleichzeitig möglichst von Wasserstoff und/oder Ammoniak. Die Rohmaterialien für die Durchführung des Verfahrens sind feinkörnige Eisenoxide enthaltende Materialien, feinkörnige feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe und Sauerstoffgas.
Unter feinkörnigen Eisenoxide enthaltenden Materialien werden in Verbindung mit der Erfindung beispielsweise Eisenerzkonzentrate, geröstete Pyrite und mehr oder weniger vorreduzierte Produkte derselben mit einer Korngröße kleiner als 1 mm, zweckmäßig kleiner als 0,5 mm und vorzugsweise mit einer mittleren Korngröße kleiner als 0,2 mm, verstanden.
Unter feinkörnigen Brennstoffen werden beispielsweise feinkörnige kohlenstoffhaltige Materialien, wie Lignit, Kohle, Holzkohle usw. mit einer Teilchengröße kleiner als 1 mm, zweckmäßig kleiner als 0,5 mm und vorzugsweise mit einer mittleren Teilchengröße kleiner als 0,3 mm verstanden. Unter flüssigen Brennstoffen werden Kohlenwasserstoffe oder Gemische derselben verstanden, die bei mäßigen Temperaturen gepumpt werden können, wie Heizöle, Teere, abgetoppte Rohöle usw. Unter
gasförmigen Brennstoffen werden Methan, Naturgas, Raffinerieabgase usw. verstanden.
Das Verfahren nach der Erfindung gestattet im Gegensatz zu derzeit gewerblich verwendeten Methoden für die Stahlherstellung eine direkte Herstellung von Stahl ausgehend von feinkörnigen eisenoxidhaltigen Materialien, wobei die Energiekosten geringer sind als bei den derzeit bekannten Industrieverfahren. Nach der Erfindung werden Rohstahl und gegebenenfalls Wasserstoff und/oder Ammoniak aus einem feinkörnigen, Eisenoxide enthalten-
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t -
den Material mit Hilfe feinkörniger fester, flüssiger und/oder gasförmiger Brennstoffe und von Sauerstoffgas durch Schmelzreduktion in einem Stahlbad gewonnen. Zu diesem Zweck wird das eisenoxidhaltige Material, zweckmäßig zu FeO vorreduziert, im Gemisch mit dem Brennstoff und gegebenenfalls mit feinkörnigen Schlackenbildnern durch wenigstens eine ringförmige Schlitzdüse in solcher Tiefe unterhalb der Oberfläche des Stahlbades eingespritzt, daß die Eisenoxide in der Schmelze reduziert werden, bevor sie die Oberfläche des Bades erreichen. Gleichzeitig wird Sauerstoffgas durch runde Düsen in der Mitte der ringförmigen Schlitzdüsen eingeblasen, und Wasserstoffgas wird durch äußere ringförmige Schlitzdüsen um die ringförmigen Schlitzdüsen für das eisenoxidhaltige Material herum eingeblasen. Eisenoxide, Brennstoff, Sauerstoffgas und Wassrstoffgas werden in solchen Mengen eingeführt, daß der Wärmebedarf für die Schmelzreduktion durch Teilverbrennung in dem Bad gedeckt wird, und das Reaktionsgas, das das Stahlbad verläßt, gegebenenfalls nachdem ein Teil seines Wärmeinhaltes ausgenutzt wurde und nachdem er für die oben erwähnte Vorreduktion des eisenoxidhaltigen Materials benutzt wurde, katalytisch umgewandelt und sein Gehalt an C0~ und Η~0 beseitigt, wobei man ein Gas bekommt, das hauptsächlich aus Wasserstoff besteht und das durch die äußeren ringförmigen Schlitzdüsen eingeblasen wird.
Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung besteht in einer Kombination der folgenden Verfahrensmaßnahmen:
I) Vorreduktion des Hauptteils des Eisenoxidgehaltes in einem eingestellten Fluß von feinkörnigem Eisenoxid enthaltendem Material zu FeO, wobei die Vorreduktion in einer Stufe oder
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in mehreren Stufen mit Hilfe eines gemäß VIII erhaltenen reduzierenden Gases stattfindet. Die Vorreduktion wird zweckmäßig in solcher Weise durchgeführt, daß das Material in dem Gas suspendiert befördert und in Zyklonen von diesem abgetrennt wird, wobei das abgetrennte Material im Falle mehrerer Stufen vorzugsweise im Gegenstrom zu dem Gas geführt wird.
II) Kühlung des festen feinkörnigen Materials, das gemäß I vorreduziert wurde, in bekannter Weise zweckmäßig auf eine Temperatur unterhalb 300° C unter Ausnutzung seines Wärmeinhaltes.
III) Vermischen des vorreduzierten feinkörnigen festen Materials, das gemäß II gekühlt wurde, mit einem eingestellten Fluß eines feinkörnigen Schlackenbildnermaterials und einem Fluß feinkörniger fester, flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe, die entsprechend der nachfolgenden Beschreibung geregelt werden.
IV) Einspritzen von η (η 2. 1) eingestellten Teilflüssen des Gemisches nach III in ein Stahlbad, wobei die Einspritzung durch ringförmige Schlitzdüsen und in solcher Tiefe unter der Oberfläche des Bades stattfindet, daß das Eisenoxid enthaltende Material in Schmelze reduziert wird, bevor es die Oberfläche des Bades erreicht.
V) Einspritzen von η Teilströmen von Sauerstoffgas, die entsprechend den nachfolgenden Angaben eingestellt wurden, durch runde Düsen in der Mitte der ringförmigen Schlitzdüsen gemäß IV und von η Teilströmen von Wasserstoffgas, die gemäß den nachfolgenden Angaben eingestellt werden, durch
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•I.
ringförmige Schlitzdüsen tun die ringförmigen Schlitzdüsen gemäß IV herum in das Stahlbad,
VI) Regelung der Flüsse von kohlenstoffhaltigem Material gemäß III und von Sauerstoffgas und von Wasserstoffgas gemäß V derart, daß
a) in dem Reaktionsgas, das die Oberfläche des Bades verläßt, das Molverhältnis von H2/H2O £ 1,3 und das Molverhältnis von CO/CO2 £ auf 5,4 gehalten wird und
b) die Wärmeerzeugung durch Verbrennung in dem Stahlbad von darin eingespritztem C zu CO und die Teilverbrennung von darin eingespritztem H2 zu H2O und von darin gebildetem CO zu CO2 der Reaktionswärme für die Reduktion in Schmelze, dem Wärmeinhalt in den Reaktionsprodukten und den Wärmeverlusten derart entspricht, daß die erwünschte Badtemperatur gehalten wird, und zwar zweckmäßig auf 1550 bis 1700° C.
VII) Tempern des heißen Reaktionsgases aus dem Stahlbad in bekannter Weise, zweckmäßig unter Ausnutzung des Wärmeinhaltes in einem Wasserdampfgenerator, auf eine Temperatur, die derart geregelt wird, daß bei Benutzung des Gases für die Vorreduktion gemäß VIII die erhaltene Verminderung der Temperatur dem Wärmebedarf für die Vorreduktion entspricht.
VIII) Benutzung des gemäß VII getemperten Reaktionsgases als reduzierendes Gas für die Vorreduktion gemäß I.
IX) Tempern des Gases aus der Vorreduktion gemäß lf zweckmäßig nach mäßigem Anheben des Druckes in Gegenstrom in einem Wärmeaustauscher, wo das Gas selbst nach Staubreinigung als Kühlmedium verwendet wird, in bekannter Weise.
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• ie- -
X) Umwandlung des CO-Gehaltes des Gases, das naßgereinigt und in dem Wärmeaustauscher gemäß IX wieder erhitzt wurde, in bekannter Weise mit Hilfe seines Gehaltes an H3O in H2 und Beseitigung des Gehaltes an H~O und CO2 in dem umgewandelten Gas in bekannter Weise durch Kondensation bzw. Absorption, wobei das Ergebnis ein Wasserstoff mit kleinen Gehalten an CO, CO2 und H3O ist.
XI) Benutzung des erforderlichen Wasserstoffstromes, der gemäß X erhalten wurde, für die Einspritzung gemäß V, während ein möglicher Überschuß des Wasserstoffes zu Erhitzungszwecken und/oder als Rohmaterial für eine Chemikalienherstellung, beispielsweise zur Herstellung von Ammoniak, benutzt wird.
XII) Ansatzweises oder kontinuierliches Ablassen von produziertem Rohstahl und von Schlacke, wobei das Ablassen des Stahls in solcher Weise geregelt wird, daß eine ausreichende Tiefe des Bades für die Reduktion in Schmelze gemäß IV aufrechterhalten wird.
Die speziellen Maßnahmen und ihr Effekt in der Praxis werden nachfolgend in Verbindung mit der Tabelle beschrieben und kommentiert, welche ein Reaktionsformelschema für die chemischen Reaktionen enthält, die in dem Stahlbad stattfinden. Außerdem wird der Erfindungsgedanke auch durch die Zeichnung erläutert, in der
Fig. 1 ein Blockdiagramm für eine Ausführungsform der Erfindung
und
Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform einer Apparatur zur Durchführung der Maßnahme I zeigt.
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- vr -
Die Maßnahme I, die Vorreduktion zu FeO mit Hilfe eines temperierten Reaktionsgases aus der Schmelzreduktion, erfolgt in der Praxis in einer Stufe oder vorzugsweise in mehreren Stufen, zweckmäßig in der gleichen Apparaturtype, wie sie für das Vorerhitzen in Gassuspension in Verbindung mit dem Brennen von Zement verwendet wird, wie beispielsweise gemäß Fig. 8 auf Seite 17, Ulimann, 3A, Band 19, das in Fig. 2 reproduziert ist. Gemäß der Erfindung findet somit die Vorreduktion vorzugsweise mit dem feinkörnigen Eisenrohmaterial statt, welches im Gegenstromfluß mit dem Gas durch jede Stufe suspendiert ist, welche durch Abtrennung des festen Materials in einen Zyklon und überführung desselben zu der nächsten Vorreduktionsstufe, vorzugsweise im Gegenstrom zu dem Gas, beendet wird. Um eine zu hohe Temperatur in den Körnern des Materials zu vermeiden, da eine solche zu einem sogenannten Verkleben, d.h. einem Anhaften führen kann, das störende Agglomerate verursacht, sollte das reduzierende Gas nach der Erfindung in der nachfolgend definierten Weise (siehe Maßnahme VII) vor der Stufe, wo die Gasbeschickung zu der Vorreduktion von dem vorreduzierten Roheisenmaterial abgetrennt wird, temperiert werden. Infolge des Gehaltes an H2O und CO2 in dem reduzierenden Gas können Metallionen während der Vorreduktion nicht gebildet werden. Dies ist wichtig, da die Gefahr für ein Verkleben merklich mit dem Vorliegen von Metallionen in den Körnern und bei der Endtemperatur (800 bis 850° C), die bei der Vorreduktion im Hinblick auf die Reduktiansgeschwindigkeit bevorzugt ist, steigt.
Die Maßnahme II, das Kühlen des vorreduzierten feinkörnigen FeO enthaltenden Materials zweckmäßig auf eine Temperatur
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oberhalb 300 C,erfolgt in der Praxis am einfachsten in einer Wirbelschicht vom klassischen Typ mit eingebauten Kühlelementen· Durch Verwendung von Beschickungswasser zu dem Wassergenerator gemäß der Maßnahme VII als Kühlmedium in diesen Kühlelementen kann der Wärmeinhalt in dem vorreduzierten Material in wirtschaftlicher Weise ausgenutzt werden.
Die Maßnahme III, das Vermischen eingestellter Ströme des gekühlten feinkörnigen vorreduzierten Materials gemäß I mit einem eingestellten Strom feinkörniger Schlackenbildnermaterialien, wie beispielsweise von Kalk, und mit einem wie nachfolgend beschrieben eingestellten Strom feinkörniger fester, flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe kann mit Hilfe verschiedener Mischmethoden stattfinden, die in der Technik allgemein verwendet werden. Das erwünschte Verhältnis von C/0 in dem Gemisch bekommt man durch genaue Regelung des Flusses der betreffenden Komponenten des Gemisches mit Hilfe geeigneter bekannter Flußregeleinrichtungen.
Die Maßnahme IV, das Einspritzen des Gemisches gemäß III in ein Rohstahlbad erfolgt in unterschiedlicher, aber an sich bekannter Weise je nach der Zusammensetzung des Gemisches. Wenn das Gemisch nur aus festen Materialien besteht, erfolgt die Einspritzung mit Hilfe eines geeigneten Trägergases gemäß den üblichen Methoden zum Einblasen von Kalk in Konverter, bei denen das Material am Boden eingeblasen wird, wie beispielsweise solche vom OBM-Typ.
Das Einblasen erwies sich als besonders einfach, wenn der größere Teil des kohlenstoffhaltigen Materials flüssig ist. In diesem Fall kann das Gemisch gewöhnlich bei einer zweckmäßig ausge-
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-W-
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wählten Temperatur gepumpt und durch die ringförmigen Schlitzdüsen mit Hilfe einer Pumpe gepreßt werden. In diesem Fall kann man in dem ringförmigen Schlitz eine niedrige Geschwindigkeit zulassen, da der Schlitz auf beiden Seiten von Gasströmen umgeben ist, die hohe Geschwindigkeit haben, siehe unten. Die niedrige Geschwindigkeit in dem ringförmigen Schlitz ergibt den Vorteil einer sehr geringen Abnutzung an der öffnung des Schlitzes.
Die Maßnahme V, das Einspritzen von O2 und H„, erfolgt im Prinzip nach der für Konverter, bei denen am Boden eingeblasen wird, bekannten Methode. Der volumetrische Fluß von H2 wird immer größer als der volumetrische Fluß von 0_, und ein gemäß IV eingeblasener oder eingespritzter "röhrenförmiger Düsenstrahl" bekommt am Beginn seines Weges eine "Wasserstoffabschirmung", die inert gegenüber dem Stahlbad ist. Dies hat den großen Vorteil eines sehr kleinen Angriffes auf die Einspritzdüsen, wenn die Gasgeschwindigkeit in dem ringförmigen Schlitz für H2 und in dem kreisförmigen Schlitz für O2 genügend hoch gewählt wird. In Verbindung mit einer industriellen Anwendung der vorliegenden Erfindung versucht man natürlich, den niedrigstmöglichen Verbrauch von Brennstoff, Sauerstoffgas und Wasserstoffgas je produzierte Einheit an Rohöl zu erhalten. Den niedrigsten theoretischen Verbrauch dieses Materials erhält man bei den Gleichgewicht sbedingungen, die beispielsweise bei 1600 C einem Molverhältnis von H2/H2O =1,3 und einem Molverhältnis von CO/CO2 = 5,4 in dem Reaktionsgas, das das Stahlbad verläßt, entsprechen. Der Kohlenstoffgehalt in dem Bad ist unter diesen Bedingungen kleiner als 0,01 % C. Es wurde in der Praxis als möglich
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gefunden, die Reduktion in der Schmelze gemäß der Erfindung nahe den Gleichgewichtswerten durchzuführen, was natürlich auf der hohen Reaktionsgeschwindigkeit bzw. Reaktionsausbeute der Reaktion in Schmelze bei den hohen Temperaturen in dem Stahlbad zurückzuführen ist.
Die Maßnahme VI, die Einstellung der Ströme von Eisenrohmaterial, Brennstoff, Sauerstoffgas und Wasserstoffgas, erfolgt in der Praxis mit Hilfe der nachfolgend erklärten Verhältnisse, die es möglich machen, die erwünschten Verhältnisse von H^/H^O und C(VCO2 und die erwünschte Temperatur des Bades, zweckmäßig 1550 bis 1700° C, zu erhalten.
Der Brennstoffverbrauch, der zweckmäßig als Mol CH1 (0 < i < 4) je Mol Fe gerechnet wird, hängt teilweise von dem Verhältnis O/Fe in dem Eisenrohmaterial und teilweise von dem Quotienten H/C in dem Brennstoff ab. Der Brennstoffverbrauch hängt somit davon ab, ob eine Vorreduktion eingeschlossen ist oder nicht, und außerdem von der Größe der Produktionsanlage. Da die Vorreduktion zu FeO eine wesentliche Abnahme des Brennstoffverbrauches mit sich bringt, wird nur dieser Fall nachfolgend diskutiert. Der Brennstofffluß und sein Quotient H/C stehen bei Verwendung von beisielsweise Magnetit als Eisenrohmaterial und unter Produktion nur von Rohstahl nach der folgenden Näherungsgleichung in Beziehung: CH1 & A(i)2 + B(i) +C (1), worin 0,05 > A > O,O3;-O,45 < B < - 0,35; 2,1 <. C < 2,5.
Die Begrenzungen auf der linken Seite betreffen eine große und die Begrenzungen auf der rechten Seite eine kleine Produktionsanlage.
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Für eine Produktionsanlage von mittlerer Größe ergibt die Formel, wenn man ein Schweröl als Brennstoff (i ^v 1,7) annimmt, einen Verbrauch von etwa 1,7 Mol öl je Mol Fe entsprechend 430 kg öl je Tonne Fe oder 4,1 Gcal/t Fe. Wenn Methan als Brennstoff verwendet wird, liegt der Verbrauch bei etwa 1,3 Mol je Mol Fe entsprechend 540 Nm /t Fe oder 4,6 Gcal/t Fe, während reiner Kohlenstoff theoretisch einen Verbrauch von 2,3 Mol je Mol Fe entsprechend 495 kg C/t Fe oder 3,9 Gcal/t Fe geben würde. Die Zahlen zeigen, daß bei dem gleichen Gcal-Preis solche Brennstoffe für die Erfindung bevorzugt sein sollten, die einen C-Gehalt und einen niedrigen H-Gehalt haben.
Im Falle, daß es erwünscht ist, neben Rohstahl auch Wasserstoffgas zu produzieren, wird der Brennstoffverbrauch natürlich über denjenigen hinaus gesteigert, der in der Formel (1) definiert ist. Wie erwartet, gibt es eine fast lineare Beziehung zwischen dem WasserstoffÜberschuß und dem Brennstoffverbrauch. Für Produktionsanlagen von mittlerer Größe und für Schweröl als Brennstoff (CH1 _) gilt somit die folgende Formel:
CH1 _ ^ 0,4 · H0 + 1,74 (2), worin CH1 _ - Mol Öl/Mol Fe und ι , / *· if»
H, β Überschuß Wasserstoff Mol H2/Mol Fe.
Um einen WasserstoffÜberschuß von beispielsweise etwa 1,0 Mol H2/Fe (400 Nm H2/t Fe) zu bekommen, sind somit etwa 2,1 Mol CH1 ,/Mol Fe entsprechend 520 kg öl je Tonne Fe erforderlich.
Für die Reduktion in Schmelze nach der Erfindung hängt der erforderliche Fluß an Sauerstoffgas sowie der Brennstofffluß von dem Quotienten H/C des Brennstoffes und der Größe der Produktionsanlage ab. Wie zu erwarten ist, gilt auch hier eine nahezu lineare Beziehung, die für eine Produktionsanlage mittlerer
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Größe der folgenden Formel gehorcht: O2 -^ 1,66 + 0,08 i (3), worin 0 = Mol 02/Mol Fe, i = Zahl der Atome H/Mol C in dem Brennstoff.
Für das oben erwähnte Beispiel (Produktion nur von Roheisen, Rohmaterial = Magnetit, Brennstoff = Schweröl CH1 _) sind somit etwa 1,8 Mol 02/Mol Fe entsprechend 725 Nm3 02/t Fe erforderlich.
Der erforderliche Fluß des Sauerstoffgases wird durch den Wasserstoff Überschuß nur leicht beeinflußt. So wächst in dem erwähnten Beispiel der Sauerstofffluß von 725 auf 750 Nm /t Fe, wenn der WasserstoffÜberschuß von 0 auf 400 Nm /t Fe gesteigert wird.
Für die Erzeugung des erforderlichen Wärmeflusses in dem Stahlbad für eine Reduktion in Schmelze nach der Erfindung wird außer Brennstoff auch Wasserstoff in das Bad eingeblasen. Die erforderliche Wasserstoffmenge hängt von dem Quotienten H/C in dem Brennstoff und der Größe der Produktionsanlage ab. Auch in diesem Fall gibt es eine fast lineare Beziehung, die für eine Produktionsanlage mittlerer Größe folgender Gleichung gehorcht: H2 c* 3,87 + 0,43 i (4), worin H2 = Mol H2/Mol Fe, i = Zahl der Atome H/Mol C in dem Brennstoff.
In dem obigen Beispiel sind somit gemäß der Formel etwa 4,7 Mol H2/Mol Fe entsprechend 1870 Nm /t Fe erforderlich, um bei unvollständiger Verbrennung den überschüssigen Wärmefluß zu erzeugen, der zusätzlich zu dem Wärmefluß, der durch unvollständige Verbrennung des eingespritzten Brennstoffes erzeugt wird, erforderlich ist, um die erwünschte Temperatur des Bades aufrechtzuerhalten.
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Der erforderliche Wasserstofffluß für das Einspritzen in das Rohstahlbad nimmt ab, wenn überschüssiger Wasserstoff produziert wird. Dies mag ungewöhnlich erscheinen, steht aber in Verbindung mit der unvollständigen Verbrennung des BrennstoffÜberschusses, der für die Erzeugung des WasserstoffÜberschusses erforderlich ist. In dem obigen Beispiels nimmt somit der erforderliche eingespritzte Wasserstofffluß von 1870 auf 1430 Nm H2/t Fe durch eine Steigerung des WasserstoffÜberschusses von 0 auf 1 Mol H2/Mol Fe entsprechend 400 Nm3 H2/t Fe ab. Gleichzeitig ist gemäß den obigen Ausführungen eine Steigerung des eingespritzten Schweölflusses von 430 auf 520 kg/t Fe sowie eine leichte Steigerung des Wasserstoffflusses erforderlich, siehe oben.
Der Gesamtfluß von Reaktionsgas aus dem Stahlbad bleibt infolge der obigen in Beziehung zueinander stehenden Umstände fast unabhängig von dem Fluß von Überschußwasserstoff. Dies bedeutet, daß in Verbindung mit der Reduktion in Schmelze nach der Erfindung der Schmelzreduktionsreaktor gleichzeitig als "kostenloser Vergaser" für Brennstoffe dienen kann, was einen überraschenden technischen und wirtschafliehen Vorteil für eine Industrie darstellt, die Rohstahl nach der Erfindung in Verbindung mit einer chemischen Industrie produziert, welche letztere Wasserstoffgas oder ein Gemisch von CO/H2 verbraucht.
Bei der Produktion von Rohstahl nach dem Verfahren nach der Erfindung werden die erforderlichen Ströme von Brennstoff, Sauerstoff und Wasserstoff für einen eingestellten Fluß von Fe in dem Eisenrohmaterial durch Beziehungen des oben erklärten Typs bestimmt. In der Praxis wird die Tempratur in dem Bad geregelt,
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indem man den Fluß von Fe in dem Eisenrohmaterial zu der Vermischungsmaßnahme III verändert und gleichzeitig den Sauerstofffluß derart verändert, daß die Veränderung in dem Fluß von als Oxid in dem Eisenrohmaterial gebundenem Sauerstoff kompensiert wird. Wenn beispielsweise die Temperatur in dem Stahlbad sinkt, wird somit der Sauerstofffluß vermindert,während der Fluß von Eisenrohmaterial abnimmt und die Steigerung des Sauerstoffgasflusses die gleiche wie die Verminderung des Flusses an oxidgebundenem Sauerstoff in dem Eisenrohmaterial ist, was bewirkt, daß H9/HOO bzw. CO/CO„ in dem Abgas konstant bleibt.
Die Maßnahme VII, das Temperieren von Reaktionsgas, das das Rohstahlbad verläßt, auf eine geeignete Temperatur für die Vorreduktion, erfolgt in der Praxis durch Beförderung des Gases durch einen Wasserdampfgenerator, wo es auf eine solche Temperatur oberhalb derjenigen temperiert wird, die für die Vorreduktion geeignet ist, so daß der Wärmeinhalt entsprechend der Verminderung der Temperatur des Gases während der Vorreduktion teilweise das Wärmeerfordernis für das Erhitzen des feinkörnigen Eisenrohmaterials auf Reaktionstemperatur, zweckmäßig auf 700 bis 900° C und teilweise die Reaktionswärme für die Vorreduktion zu FeO und die Wärmeverluste in Verbindung damit deckt. Die in dem Wasserdampfgeneratur benutzte Wärme wird zweckmäßig für die Wasserdampfproduktion zur Erzeugung von elektrischer Energie in einem Turbinengenerator verwendet.
Die Maßnahme VIII besteht in einer Verwendung des gemäß der Maßnahme VII temperierten Reaktionsgases als reduzierendes Gas in der Vorreduktion gemäß Maßnahme I.
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Die Maßnahme IX, das Temperieren des Gases aus der Vorreduktion gemäß I nach einer Staubreinigung, zweckmäßig in Zyklonen, erfolgt in bekannter Weise durch Wärmeaustausch, wobei das Gas selbst als Kühlmedium nach einer Naßreinigung verwendet wird. Der Wärmeaustauscher wird zweckmäßig so dimensioniert, daß er das Gas zu der Naßstaubreinigung derart temperiert, daß Wasser, welches während der Naßreinigung in Dampf überführt wird, zusammen mit dem Wasserdampfgehalt des Gases selbst einen Wasserdampfgehalt ergibt, der geeignet für die Umwandlungsmaßnahme X ist, zweckmäßig 0,6 bis 1,0, vorzugsweise 0,7 bis 0,8 Mol H2O je Mol trockenes Gas, während das Gas aus der Naßstaubreinigung auf eine Temperatur erwärmt wird, die für die Umwandlungsmaßnahme geeignet ist, zweckmäßig auf 300 bis 450 C, vorzugsweise auf 330 bis 370° C.
Die Maßnahme X besteht darin, daß in bekannter Weise das naßgereinigte und gemäß IX temperierte Gas in Katalysatorbetten in einer oder mehreren Stufen umgewandelt wird, wobei der CO-Gehalt des Gases durch Umsetzung mit einem Teil des H-O-Gehaltes des Gases in H~ und CO2 überführt wird. Um einen hohen Umwandlungsgrad zu erreichen, findet die Umwandlung des Gases zweckmäßig in zwei Stufen mit zwischengeschalteter Kühlung in einem ersten Abschnitt eines T7'-T,serdampfgenerators auf der in mehrere
ungetrennte Abschnitte terteilten Gasseite statt, wobei ein zweiter Abschnitt zum Kühlen des Gases aus der zweiten Umwandlungsstufe verwendet wird. Der resultierende Wasserdampf wird zweckmäßig zusammen mit dem Wasserdampf aus dem Wasserdampfgeneratur gemäß VII verwendet.
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Das umgewandelte Gas wird anschließend von seinem Gehalt an Wasserdampf durch Kühlen, beispielsweise in einem Gaswäscher, befreit. Das resultierende gekühlte Gas enthält H2 und CO2 und kleinere Mengen an CO und Wasserdampf. Das beim Waschen erhaltene heiße Wasser kann zweckmäßig zum Erhitzen und Befeuchten des Stickstoffgases verwendet werden, welches zweckmäßig als Ausstreifgas in dem CO2-Ausstreifer benutzt wird, der nachfolgend beschrieben wird.
Durch Absorption, zweckmäßig unter Druck, mit beispielsweise heißer Pottaschelösung, wird das gekühlte und im wesentlichen wasserfreie Gas in bekannter Weise von seinem CO^-Gehalt befreit. Die Pottaschelösung wird regeneriert, zweckmäßig bei Atmosphärendruck, indem man CO2 mit Hilfe von Stickstoffgas, das wie oben beschrieben erhitzt und befeuchtet wurde, ausstreift. Stickstoffgas ist in großen Mengen als Nebenprodukt der Herstellung des für das Verfahren nach der Erfindung erforderlichen Sauerstoffes verfügbar.
Die Maßnahme XI besteht in der Benutzung des nach der Entfernung von CO2 erhaltenen Wasserstoffes für das Einspritzen oder Einblasen in das Stahlbad gemäß V. Dieser Wasserstoff enthält wenige Prozente umgewandeltes CO, einige Prozente CO- und ist mit Wasserdampf bei niedriger Temperatur (etwa 30° C) gesättigt.
Gegebenenfalls produzierter überschüssiger Wasserstoff kann auf viele Weise benutzt werden. Beispielsweise kann er zu Heizzwecken in einer Stahlindustrie an allen Stellen benutzt werden, wo derzeit Rauchgas oder Koksofengas verwendet wird. Ein anderer Weg zur Verwendung des Wasserstoffes ist der als Rohma-
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terial für die chemische Industrie. Speziell vorteilhaft ist die Herstellung von NH. auf der Grundlage des H2-überSchusses und des ^-Nebenproduktes aus der Herstellung von O2- In Verbindung mit der oben erwähnten "kostenlosen" Vergasung und des "kostenlosen" Stickstoffes wird die Herstellung von NH3 wirtschaftlich gesehen sehr vorteilhaft in Verbindung mit der Herstellung von Rohstahl nach der Erfindung.
Die Maßnahme XII besteht im Ablassen des produzierten Stahles und von Schlacke ansatzweise oder kontinuierlich. Das kontinuierliche Ablassen ist besonders geeignet für eine hohe Produktionskapazität. Für beide Typen des Ablassens muß beachtet werden, daß eine ausreichende Tiefe des Bades gemäß TV immer beibehalten wird, so lange das Einspritzen erfolgt. Außerdem wird zweckmäßig Schlackenbildner gemäß III so eingestellt, daß man eine Schlackenbasizität oberhalb 1,5, zweckmäßig oberhalb 2, vorzugsweise von 2 bis 4fund einen relativ hohen MgO-Gehalt in der Auskleidung des Reaktors bekommt. Ein geeignetes Auskleidungsmaterial ist gegossener Magnesit oder eine in solcher Weise gekühlte Auskleidung, daß erstarrte oder gefrorene Schlacke eine Schutzschicht bildet.
Um das Verfahren nach der Erfindung weiter zu erläutern, wurde ein Reaktionsformelschema in der angefügten Tabelle zusammengestellt, das die chemischen Prozesse in dem Stahlbad, in der Vorreduktion und den Umwandlungen erläutert. Die linken Spalten bezeichnen die in den Reaktor durch die Verbindungsdüse mit drei öffnungen, eine zentrale kreisförmige öffnung und zwei konzentrische umgebende Schlitze, eingespeisten Materialien. Die Spalte YRSM zeigt den in die Schmelze durch den äußeren Ring-
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schlitz eingeblasenen Wasserstoff, wobei dieser Schlitz nachfolgend als YRMS bezeichnet wird. Die Spalte IRSM zeigt das durch den inneren Ringschlitz eingeblasene Material, und dieser Schlitz wird als IRSM bezeichnet. Die Spalte CM zeigt den durch die mittige öffnung eingeblasenen Sauerstoff. Die rechte Spalte zeigt das Eisen und Gasgemisch, die den Konverter verlassen, wobei letzteres zunächst zur Reduktion von Fe-O. zu FeO verwendet wird, welches durch IRSM eingespeist wird, während das Gas zu der Umwandlung geschickt wird, wonach der erhaltene Wasserstoff ganz oder teilweise durch YRMS eingeblasen wird.
Die Zalen bedeuten die Mole der Materialien. Die Formeln zeigen beispielhalber die Reaktionen bei einer Produktionskapazität von mittlerer Größe und unter Verwendung von Magnetit als Eisenrohmaterial, von Schweröl (A) oder Methan (C) als Brennstoff und auch einen Fall (B) unter Produktion von überschüssigem Wasserstoff zusätzlich zu Rohstahl. Die Reaktionswärme, die sich in Verbindung mit den Reaktionen gemäß der Tabelle entwickelt, entspricht dem Wärmeinhalt in den Reaktionsprodukten bei 1600° C und den Wärmeverlusten bei der Reduktion in der Schmelze.
Wie aus den Formeln ersichtlich ist, ist in allen Fällen in dem Reaktionsgas aus dem Stahlbad H2/H2O ungefähr 1,4 und CO/CO2 ungefähr 5,5, während gleichzeitig die Gleichgewichtsbedingung für die Wechselgasreaktion in dem Gas aus der Vorreduktion gesättigt wird (K ungefähr 1,0 entsprechend 820° C). Die Formeln entsprechen in anderer Hinsicht den Beispielen in der obigen Beschreibung und bestätigen auch die oben erwähnten Beziehungen zwischen dem Quotienten H/C in dem Brennstoff und
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das Erfordernis an Brennstoff, Wasserstoff und Sauerstoff je Mol produzierten Rohstahls.
Das Verfahren nach der Erfindung wird auch in Verbindung mit Fig. 1 erläutert, die schematisch die Produktion von Rohstahl nach der Erfindung zeigt. Die nachfolgend erwähnten Werte betreffen eine vorgeschlagene Produktion von 1000 kt/Jahr Rohstahl bei einer wirksamen Arbeitszeit von 7000 Std./Jahr, und alle erwähnten Mengen beziehen sich auf 1 t Rohstahl.
Der Vorreduktion 101, der Maßnahme I, werden 1650 kg feinkörniges Magnetitkonzentrat 102 mit Fe totai = 69 % und einem Gangartgehalt gleich 5 % sowie 45 kg Staub 103 aus der Naßreinigung 122 (siehe unten) zugeführt.
Die Vorreduktion wird in Fig. 2 näher erläutert und umfaßt vier Stufen 1 bis 4 im Gegenstrom. Das feste Material 201 wird in den Gasstrom 202 eingeführt, der die Stufe 2 verläßt, und suspendiert in dem Gas zu der Stufe 1 in die Zykone 203 und 204 gebracht, wo es abgetrennt ist, während das Gas bei 212 zu der Maßnahme IX geht. Das nun erhitzte Material wird in den Gasstrom 205 eingespeist, der die Stufe 3 verläßt, und wird in dem Gas suspendiert zu der Stufe 2, in den Zykon 206, befördert, in welchem es abgetrennt und in den Gasstrom 207 aus der Stufe 4 eingespeist und mit Hilfe des Zyklons 208 in der Stufe abgetrennt wird. Das so erhitzte und etwas reduzierte Material wird in den Gasstrom 209 mit einer Temperatur von etwa 860° C aus dem Wasserdampfgenerator, der Maßnahme VII, eingespeist und in dem Gas suspendiert zu der Stufe 4 in den Zyklon 210 befördert, von dem das Material, welches nun vorreduziert und auf 820° C erhitzt ist, abgetrennt und zu der Kühlung 211 befördert.
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Die Kühlung des vorreduzierten Materials 104, die Maßnahme II, erfolgt in einer Wirbelschicht 105 vom klassischen Typ mit eingebauten Kühlflächen. Hier wird das Material auf eine Temperatur kleiner als 300° C mit Hilfe des Beschickungswassers 106 zu dem Wasserdampfgenerator gekühlt, wobei der Wärmeinhalt des vorreduzierten Materials als ein wirtschaftlicher Weg benutzt wird.
Das auf weniger als 300° C gekühlte Material 107 wird nun bei 108 mit 430 kg Schweröl 109 und 100 kg CaO 110 vermischt, Maßnahme III. Das Gemisch wird mit einer Temperatur von etwa 150° C zu den Schmelzreduktionsreaktionen 111 (vier Stück) gepumpt, wo es nach Unterteilung in 4 χ 10 Strömungsanteile bei 112 in die Rohstahlbäder durch zusammengesetzte Düsen im Boden der Reaktoren eingespritzt wird. Diese Düsen haben jeweils drei Öffnungen, von denen eine mittige Öffnung oben in Verbindung mit der Tabelle als CM bezeichnet wurde, und zwei ringförmige Schlitze konzentrisch zu der mittigen Öffnung. Der äußere Ringschlitz ist oben als YRSM und der innere Ringschlitz als IRSM bezeichnet. Die genannten 4 χ 10 Strömungsanteile werden durch den inneren Ringschlitz gleich vieler zusammengesetzter Düsen eingespritzt. Durch die mittige Öffnung der gleichen Düsen werden insgesamt 710 Nm 0- bei 113 aus einer Sauerstoffanlage 114 eingeblasen, wobei der Druck in den Leitungen vor den Düsen auf 7 Bar gehalten wird. Durch den äußeren Schlitz in den Düsen werden, insgesamt 1870 Nm Wasserstoff zugeführt, wobei der Druck in den Hauptleitungen auf 5 Bar gehalten wird.
Die vier Reaktoren, in denen die Temperatur auf 1630° C gehalten wird, verlassen etwa 3000 Nm3 Reaktionsgas 116. Die Reakto-
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ren mit einem Durchmesser von 5,5 m an der Oberfläche des Bades ergeben eine Gasgeschwindigkeit, berechnet auf die Querschnittsfläche des Reaktors, von etwa 9 m/Sek. oder das gleiche wie während der Anfangsphase des Einblasens in einem Thomaskonverter.
Das Reaktionsgas aus den Reaktoren wird direkt zu einem Wasserdampfgenerator 117 befördert, wo die Temperatur des Gases unter Produktion von Wasserdampf mit einem hohen Druck und hoher Temperatur (100 Bar, 500° C), Maßnahme VII, auf die oberhalb 860° C erniedrigt wird. Der Wasserdampf wird verwendet, um elektrische Energie zwischen 100 und 30 Bar in dem Hochdruckabschnitt des Turbinengenerators 118 zu produzieren, wonach er zusammen mit gesättigtem Wasserdampf von 30 Bar aus der Umwandlungsanlage (siehe unten) bei 119 in dem Wasserdampfgenerator überhitzt und zurück zu dem Niederdruckteil des zwischen 29 und 0,05 Bar arbeitenden Turbinengenerators geführt wird. Der Turbinengenerator, der einen Gesamtausstoß von etwa 95 0OO kW hat, produziert in dieser Verbindung 800 kWh, was das Elektrizitätserfordernis für die Herstellung des oben erwähnten Sauerstoffvolumens (500 kWh) und das Energieerfordernis in Verbindung mit der Kompression des Gases aus der Umwandlung vor der CO2-Entfernung (siehe unten) sowie anderes Elektrizitätserfordernis in Verbindung mit dem Verfahren nach der Erfindung deckt.
Wenn das Reaktionsgas den Wasserdampfgenerator und die Vorreduktion passiert, hat, hat es eine Temperatur von etwa 630 C. Mit Hilfe eines Gebläses 120 bekommt das Gas den erforderlichen Druckanstieg, wonach es zu einem Wärmeaustauscher 121 be-
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fördert wird, wo seine Temperatur auf ungefähr 320° C gesenkt wird. Das Gas selbst wird nach Naßstaubreinigung 122 als Kühlmedium verwendet. Dies erfolgt beispielsweise in einem Venturiwäscher, wobei Wasser 139 von 60° C aus einem anderen Teil des Verfahrens als Waschflüssigkeit verwendet wird. Das Gas wird dabei auf etwa 80° C gekühlt, und gleichzeitig wird sein Gehalt an Wasserdampf auf etwa 0,75 Mol H-O je Mol trockenes Gas gesteigert, wonach es als Kühlmedium in dem Wärmeaustauscher dient. Bei einer geeigneten Gestaltung des letzteren wird das Gas darin auf etwa 350° C erhitzt und mit dieser Temperatur in die anschließende Umwandlungsanlage eingeführt.
In der Umwandlungsanlage, Maßnahme X, die in zwei Stufen 123 und 124 mit einer Zwischenkühlung arbeitet, um einen hohen Umwandlungsgrad zu bekommen, wird der CO-Gehalt des Gases dazu gebracht, mit einem Teil des Wassergehaltes katalytisch unter Bildung von H~ und CO2 zu reagieren. In dem Zwischenkühler, der ein Wasserdampfgenerator mit Wasserzufuhr 141 ist und in mehrere getrennte Abschnitte auf der Gasseite unterteilt ist, wird der Wärmeinhalt des Gases auf 125° C gekühlt, und die bei der Umwandlung entwickelte Wärme teilweise in der Form von gesättigtem Wasserdampf 126 von 30 Bar entfernt.
Die Wasserdampfmengen, die das Reaktionsgas in dem Umwandlungswasserdampfgenerator 125 und dem Reaktorwasserdampfgenerator 117 produzieren, sind nicht ausreichend für die Produktion der gesamten elektrischen Energie, die in Verbindng mit dem Verfahren nach der Erfindung erforderlich ist, in dem Turbinengenerator 118. Um das Defizit, etwa 155 kWh, zu decken, werden ungefähr 35 kg Schweröl 125 in einem getrennten dritten Ab-
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schnitt des Umwandlungswasserdampfgenerators verbrannt, der die erforderliche Wasserdampfzugabe ergibt.
Das Gas aus der Umwandlungsanlage wird dann zu einem Wäscher befördert, wo sein Wassergehalt durch Waschen mit kaltem Wasser 129 kondensiert wird. Erhaltenes Heißwasser 130 wird wie nachfolgend verwendet.
Das gekühlte und von Wasserdampf befreite Gas 31 wird dann bei 132 in zwei Stufen mit Zwischenkühlung auf 5 Bar komprimiert, was ungefähr 215 kWh verbraucht. Das Gas wird dann in einen Absorptionsturm 133 befördert, wo sein CO2~Gehalt in einer Pottaschelösung 144 absorbiert wird. Die letztere wird bei 134 bei Atmosphärendruck unter Ausstreifen von darin gelöstem CO2 mit Hilfe des warmen feuchten Stickstoffgases 135 regeneriert, welches im Überschuß aus der Sauerstoffanlage 114 zur Verfügung steht. Das Erhitzen und Befeuchten des Stickstoffgases 136 findet in einem Waschturm 137 mit Hilfe von heißem Wasser 130 aus dem oben erwähnten Wasserwäscher 128 statt.
Das Gas 138 aus der CO^-Absorptionsanlage besteht aus mehr als
ent-90 % Wasserstoff und hält einige Prozente CO und Wasserdampf und etwa 1 % CO2. Dieser Wasserstoff wird für das Einblasen in das Stahlbad gemäß den obigen Angaben verwendet, während ein möglicher Überschuß 140 weggeführt wird. Rohstahl 142 und Schlacke 143 werden in geeigneten Abständen abgelassen oder abgestochen.
Der gesamte Energieverbrauch in dem oben beschriebenen Beispiel, gemäß dem kein WasserstoffÜberschuß produziert wird, liegt bei 460 kg Schweröl oder 4,5 Gcal je Tonne Eisen. Bei Energiekosten
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von 30 kr/Gcal für das öl für das öl entspricht dies 135 kr/t flüssigen Rohstahls. Dies sollte mit den Kosten für die Produktionsanlage mittlerer Größe nach herkömmlicher Methode einschließlich einer Sinteranlage, eines Hochofens und einer LD-Anlage verglichen werden, wobei der Energieverbrauch (Gcal) der letzteren Anlage folgende ist:
Elektri- Insge-Koks Öl Gas zität samt
Sintern 0,560 0,560 0,065 0,675
Hochofen 2,080 0,800 0,155 3,035
LD 0,100 0,180 0,280
Bei den folgenden Preisen, die derzeit gültig sind:
kr/Gcal
Stückkoks 67
Koksschlacke 42
öl 30
Gas 35
und bei Annahme, daß ein Teil der elektrischen Energie aus dem Hochofengas produziert wird, liegen die Kosten für den Gesamtenergieverbrauch bei 206 kr/t Eisen für die herkömmliche Herstellungsmethode von Rohstahl oder bei etwa 53 % mehr als für das oben beschriebene Beispiel des Verfahrens nach der Erfindung. Außerdem erfordert das Verfahren nach der Erfindung eine geringere Kapitalinvestition als das herkömmliche Verfahren.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß sehr kleine S-haltige Abgasmengen an die Atmosphäre abgegeben werden.
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S3 ü
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ε to κ
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OO
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C3 (U Ph
ΚΛ
CM O Ü
VO
O CM
in
CM
ac
„ \'
7 0 0 8 3 8,71OQnI
Fortsetzung der Tabelle
YRSM IRSM CM
16,7 H.
3 FeO +4,0
6,0 0.
= 3 Fe + 14,2 H0 + 10,5 H0O + 0,5 CO0 + 3,5 CO ν £ _£ £ /
FeO
+ Fe3O4
+ 14,4 H2 + 10,3 H2O + 1,7 CO2 + 2,3 CO
■16,7 H2
+ 8,0 H0O + 4,0 CO.
Leerseite

Claims (5)

Dr. Hans-Heinrich Willrath t Dr. Dieter Weber Dipl.-Phys. Klaus Seiffert PATENTANWÄLTE D-62 WIESBADEN 15. März 1977 PostfadiBe 6145 Gustav-Freyug-Str.&e »5 Dr . We/Wh « (06ItI) 37!7 M Telegrammadresse: WIIXPATENT Telex : 4-186 247 BLP-998 Stora Kopparbergs Bergslags Aktiebolag, Falun, Schweden Verfahren zur Herstellung von Rohstahl und gegebenenfalls Wasserstoff und/oder Ammoniak Priorität: Schwedische Patentanmeldung Nr. 76-03359-6 vom 17. März 1976 Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Rohstahl und gegebenenfalls Wasserstoff und/oder Ammoniak durch Reduktion in der Schmelze, wobei die Rohmaterialien aus feinkörnigem, Eisenoxide enthaltendem Material, feinkörnigen festen, flüssigen und/oder gas-
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förmigen Brennstoffen und Sauerstoffgas bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsmaterialien in ein Stahlbad durch eine oder mehrere Dreifachdüsen mit jeweils einer mittigen runden öffnung und zwei sie konzentrisch umgebenden Ringschlitzöffnungen eingespeist werden, wobei das Eisenoxid, zweckmäßig zu FeO vorreduziert, mit dem Brennstoff und gegebenenfalls mit feinkörnigen Schlackenbildnern vermischt enthaltende Material in das Stahlbad durch den inneren ringförmigen Schlitz so tief unterhalb der Oberfläche des Bades eingespritzt wird, daß die Eisenoxide in der Schmelze reduziert werden, bevor sie die Oberfläche des Bades erreichen, gleichzeitig Sauerstoff durch die mittige runde öffnung eingeblasen und Wasserstoff durch den äußeren ringförmigen Schlitz eingeblasen wird und solche Flußmengen eingespritzt bzw. eingeblasen werden, daß das Wärmeerfordernis für die Redukion in der Schmelze durch Teilverbrennung von Wasserstoff und kohlenstoffhaltigem Material in dem Bad gedeckt wird, das das Stahlbad verlassende Reaktionsgas, gegebenenfalls nach Ausnutzung eines Teil seines
ter
Wärmeinhaltes und gegebenenfalls un- Benutzung des Reaktionsgases für die Vorreduktion des Eisenoxid enthaltenden Materials, katalytisch umgewandelt und danach sein CO2~Gehalt und Wassergehalt beseitigt wird und ein Gas erhalten wird, das in der Hauptsache aus Wasserstoff besteht, von dem wenigstens ein Teil durch den äußeren ringförmigen Schlitz der Düse eingeblasen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß man I) zu FeO den Hauptteil des Eisenoxidgehaltes in einem eingestellten Fluß von feinkörnigen Eisenoxid enthaltenden Mate-
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rialien vorreduziert, wobei die Reduktion mit Hilfe von reduzierendem Gas, das gemäß VIII erhalten wurde, in einer oder in mehreren Stufen erfolgt,
II) in bekannter Weise das gemäß I vorreduzierte feinkörnige feste Material unter Ausnutzung seines Wärmeinhaltes, zweckmäßig auf eine Temperatur unterhalb 300° C, kühlt, III) das gemäß II gekühlte vorreduzierte feinkörnige Material mit einem eingestellten Fluß von feinkörnigem Schlackenbildnermaterial und einem Fluß von feinkörnigen festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, die wie nachfolgend definiert, geregelt werden, vermischt,
IV) η (η > 1) eingestellte Teilströme des Gemisches gemäß III in ein Stahlbad einspritzt, wobei das Einspritzen durch ringförmige Schlitzdüsen und tief genug unterhalb der Oberfläche des Bades erfolgt, daß die Eisenoxide in der Schmelze reduziert werden, bevor sie die Oberfläche des Stahlbades erreichen,
V) in das Stahlbad η Teilströme von Sauerstoff, die wie nachfolgend definiert geregelt werden, durch runde Düsen in der Mitte der ringförmigen Schlitzdüsen gemäß IV und η Teilströme Wasserstoff, die wie nachfolgend definiert geregelt werden, durch ringförmige Schlitzdüsen um die ring förmigen Schlitzdüsen gemäß IV herum einspritzt,
VI) die Ströme von kohlenstoffhaltigem Material gemäß III, Sauerstoff und Wasserstoff gemäß V derart regelt, daß a) das in dem Reaktionsgas, welches die Oberfläche des Stahlbades verläßt, gehaltene Molverhältnis von H2/H2O 1,3 und von CO/CO2 > 5,4 ist und
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b) die Wärmeentwicklung durch Verbrennung von in das Stahlbad eingespritztem C zu CO und Teilverbrennung von darin eingespritztem H2 zu H2O und von darin gebildetem CO zu C0_ in dem Stahlbad der Reaktionswärme für die Reduktion in Schmelze und dem Wärmeinhalt in den Reaktionsprodukten und den Wärmeverlusten entspricht, wobei die erwünschte Temperatur in dem Stahlbad aufrechterhalten wird und zwar zweckmäßig bei 1550 bis 1650° C,
VII) in bekannter Weise, zweckmäßig unter Verwendung des Wärmeinhalts in einem Wasserdampfgenerator, das Stahlbad verlassendes heißes Reaktionsgas auf eine derart geregelte Temperatur einstellt, daß, wenn das Gas für die Vorreduktion gemäß VIII verwendet wird, die resultierende Temperaturerniedrigung dem Wärmeerfordernis in dieser Vorreduktion entspricht,
VIII) das gemäß VII temperierte Reaktionsgas als reduzierendes
Gas in der Vorreduktion gemäß I verwendet,
IX) in bekannter Weise das aus der Vorreduktion gemäß I stammende Gas, zweckmäßig nach mäßiger Druckerhöhung, im Gegenstrom in einem Wärmeaustauscher, wo das Gas selbst nach Naßstaubreinigung als Kühlmedium verwendet wird, temperiert,
X) in bekannter Weise den CO-Gehalt des Gases, das naßgereinigt und in dem Wärmeaustauscher gemäß IX wieder erhitzt wurde, mit Hilfe seines H2O-Gehaltes in H„ umwandelt und den Gehalt an H3O und CO2 in dem umgewandelten Gas in bekannter Weise durch Kondensation bzw. Adsorption ent-
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fernt, wobei man Wasserstoff mit kleinen Gehalten an CO, CO2 und H2O erhält,
XI) den gemäß X erhaltenen Wasserstoff für die Einspritzung gemäß V benutzt, während man einen möglichen Waserstoffüberschuß zum Erhitzen und/oder als Rohmaterial für ein Chemieverfahren benutzt, und
XII) ansatzweise oder kontinuierlich produzierten Stahl und Schlacke abläßt, wobei das Stahlablassen so geregelt wird, daß eine ausreichende Tiefe des Bades gmeäß IX beibehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vorreduktion zu FeO in einer oder in mehreren Stufen derart durchführt, daß das Material in dem Gas suspendiert befördert und von diesem in Zyklonen abgetrennt wird, wobei das abgetrennte Material im Falle mehrerer Stufen vorzugsweise im Gegenstrom zu dem Gas befördert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kühlen gemäß II in einer herkömmlichen Wirbelschicht mit eingebauten Kühlelementen durchführt, während Beschickungswasser zu dem Wasserdampfgenerator gemäß VII vorzugsweise als Kühlmedium verwendet wird.
5. Verfahren nach Ansruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Herstellung des Rohstahls mit der NH--Gewinnung kombiniert, wobei man als Rohmaterial durch die Umwandlung erhaltenen Wasserstoff und aus der O2-Herstellung in Verbindung mit der Rohstahlherstellung gewonnenen Stickstoff verwendet.
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DE19772711423 1976-03-17 1977-03-16 Verfahren zur herstellung von rohstahl und gegebenenfalls wasserstoff und/oder ammoniak Pending DE2711423A1 (de)

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