DE2819465A1

DE2819465A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von rohmetall als einsatz fuer die stahlherstellung

Info

Publication number: DE2819465A1
Application number: DE19782819465
Authority: DE
Inventors: Andrew J Syska
Original assignee: Consolidated Natural Gas Service Co Inc
Current assignee: Consolidated Natural Gas Service Co Inc
Priority date: 1978-05-03
Filing date: 1978-05-03
Publication date: 1979-11-15
Also published as: DE2819465C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur erstellung von Rohmetall
als Einsatz für die Stahlherstellunq Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Rohmetall als Einsatz für die Stahlherstellung Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Eisen-und Stahlherstellung und speziell auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Eiseneinsatzes für die Stahlerzeugung. Sie umfaßt insbesondere die direkte Gasreduktion von Erz und das Schmelzen von vorreduziertem Erz.
In der Natur tritt Eisen im allgemeinen in der Form eines Oxides auf. Gebräuchliche Oxidformen sind Hämatit (Fe2O3) und Magnetit-(Fe3O4). Zur Stahlherstellung müssen die Eisenoxide im wesentlich zu der metallischen Form reduziert werden. Üblicherweise kann dies bewerkstelligt werden durch Reduzierung der Oxide mit Kohlenstoff, Kohlenmonoxid oder Wasserstoff. Solche Reaktionen werden gewöhnlich in einem Hochofen durchgeführt und das sich ergebende Produkt ist ein Rohmetall, welches etwa 4% Kohlenstoff und verschiedene Verunreinigungen wie Schwefel, Phosphor, Mangan und Silizium enthält, welche aus dem Erz und Koks während des Schmelzvorgangs aufgenommen werden.
Das Rohmetall kann dann in einem Stahlerzeugungsofen gefrischt werden. Einige der Verunreinigungen, wie Karbon, Silizium und Mangan, können durch Oxidation beseitigt werden, während andere Verunreinigungen, wie Schwefel und Phosphor, normalerweise durch Reaktionen von Metall und Schlacke entfernt werden. Das Verfahren zur Stahlerzeugung durch Schmelzen von Eisenerz zur Herstellung von Stahl kann als "indirektes" Stahlerzeugungsverfahren bezeichnet werden. Im Gegensatz dazu wurden seit vielen Jahren Verfahren vorgeschlagen, durch welche das Erz direkt, ohne sich anschließenden Frischschritt, zu Eisen reduziert werden kann. Dies ist das sogenannte "direkte" Reduktionsverfahren. Die Theorie des direkten Reduktionsverfahrens besteht darin, daß durch Erwärmung des Erzes in einer reduzierenden Atmosphäre die Oxide zu Eisen reduziert werden und daß durch weitere Erwärmung des reduzierten Eisens eine Eisenschmelze erzeugt wird. Eine praktische Schwierigkeit beim direkten Reduktionsverfahren besteht darin, daß die Eisenschmelze zur Absorption und Aufnahme von Verunreinigungen, insbesondere von Schwefel und Phosphor, aus dem Erz und anderen verwendeten Rohmaterialien neigt, so daß dadurch das sich ergebende Produkt unzufriedenstellend sein kann. Aus diesem Grund wurden die meisten direkten Reduktionsverfahren beschränkt auf die Herstellung von "vorreduzierten" oder "metallisierten" Pellets oder Briketts, welche für das Schmelzen und Frischen in einem folgenden Stahlerzeugungsverfahren vorgesehen sind.
Aufgrund der dem direkten Reduktionsverfahren zur Stahlerzeugung innewohnenden Schwierigkeiten fußt der größte Teil der Stahlerzeugungsverfahren aus dem letzten Jahrhundert auf der Reduktion von Erz zur Bildung von Rohmetall in einem Hochofen.
In einigen Fällen wurde das Roheisen gebildet durch Schmelzen von Stahlschrott und Roheisen in einem Kupolofen.
In den späten 1850er Jahren wurde das pneumatische Verfahren, welches repräsentiert ist durch den Bessemer-Konverter mit unten eingeblasenem Wind, für einen Frischofen verwendet.
Der ursprünglich Bessemer-Konverter verwendete eine Siliziumauskleidung und war auf ein saures Verfahren begrenzt. Später wurde das basische Bessemer- oder Thomas-Verfahren entwickelt, bei welchem eine basische Auskleidung verwendet wird und welches die Verwendung von basischen Schlacken erlaubt, durch welche Schwefel und Phosphor aus dem Rohmetall entfernt werden können.
Wenngleich mit dem Bessemer-Verfahren typisch Stahlchargen bis zu 25 bis 35 Tonnen in 12 bis 15 Minuten erzeugt werden konnten, führte die Verwendung von Luft als Oxidiermittel zu einer unerwünschten Aufnahme von Stickstoff, wodurch die Verwendbarkeit des erzeugten Stahls begrenzt war.
Während das Bessemer-Verfahren das prinzipielle Stahlerzeugungsverfahren während der späten 1800er Jahre war, kam das Siemens-Martin-Verfahren in den späten 1870er Jahren bald zur Geltung und blieb bis etwa 1950 dominierend. Das Siemens-Martin-Verfahren konnte eine Charge aus Rohmetall oder Stahl schrott frischen, oder - falls gewüncht - eine Charge aus kaltem Roheisen und Schritt schmelzen und frischen. Mit den späten 1940ern wurden Sauerstofflanzen zur Beschleunigung des Frischprozesses beim Martinofen verwendet. Durch die Verwendung von Sauerstoff konnte die zur Erzeugung einer zu reduzierenden Stahlcharge erforderliche Zeit von 10 bis 12 Stunden auf 4 bis 5 Stunden reduziert werden. Die dominierende Rolle des Siemens-Martin-Verfahrens war zum großen Teil auf seiner Flexibilität in der Verarbeitung verschiedener Typen von Chargen und der Fähigkeit begründet, hochqualifizierten Stahl in Mengen zu erzeugen, welche größer als mehrere 100 Tonnen waren.
Kurz nachdem der Martinofen kommerziell zur Stahlerzeugung verwendet wurde, wurden die elektrischen Lichtbogenöfen und Induktionsöfen entwickelt. In den elektrischen öfen konnten wie im Martinofen geschmolzenes Rohmetall oder kaltes Roheisen oder Schrotteinsätze verwendet werden und zusätzlich konnte mit einer gesteuerten Atmosphäre gearbeitet werden. Daher waren die elektrischen öfen besonders geeignet zum Frischen von Spezialstählen, durch deren Hochwertigkeit die allgemein höheren Betriebskosten der elektrischen Öfen aufgefangen werden konnten.
Endlich erschien zu Beginn der 1950er Jahre der oben blasende Sauerstoffkonverter. Bei diesem Verfahren, welches allgemein als das BOF-Verfahren (basisches Sauerstoff-Aufblasverfahren) bekannt ist, wird reiner Sauerstoff von oben in ein Bad aus Rohmetall und Schlacke eingeblasen. Das BOF-Verfahren kombinierte die Verfahrensdauer -Charakteristika der früheren Konverterverfahren mit der Fähigkeit, Stahl mit Siemens-Martin-Qualität zu erzeugen. Das BOF-Verfahren wurde nun das führende Stahlerzeugungsverfahren. Obwohl das BOF-Verfahren viele Vorteile gegenüber den früheren Stahlerzeugungsverfahren hat, erfordert es einen Roheiseneinsatz, der etwa 70% des Metalleinsatzes beträgt, und dies erfordert seinerseits, daß ein Hochofen oder eine andere Roheisen-Erzeugungsanlage verfügbar ist. Um eine typische moderne BOF-Anlaae zu beliefern, muß der Hochofen fähig sein, 7000 bis 10000 Tonnen Rohmetall pro Tag zu erzeugen. Ein solcher Hochofen zusammen mit seiner zusätzlichen Koksofeneinrichtung kostet nun mehr als 70.000.000 $ und ist nur gerechtfertigt, wo im großen Maßstab erzeugt werden kann, um große Märkte auszunutzen, wie sie in vielen der entwickelten Länder vorhanden sind. Außerdem ist für den Hochofen eine große Menge von Hüttenkoks erforderlich, dessen Lieferung begrenzt ist.
Insbesondere in den Entwicklungsländern wie auch in anderen Bereichen, wo der Markt kleiner ist, besteht ein Bedarf an wirksamen Stahlerzeugungseinrichtungen mit einer jährlichen Kapazität im Bereich von 400.000 Tonnen oder weniger, wofür ein Hochofen nicht erforderlich ist. Vorschläge, diesen Markt zu befriedigen, fußen auf dem Konzept, ein direktes Reduktionsverfahren zur Umwandlung von Eisenerz mit einem Eisenanteil vorzugsweise im Bereich von mehr als 60% und einem Gangartanteil unter 7% in Pellets oder Briketts umzuwandeln, welche einen Metallanteil von 80 bis 95% haben, und dann diese Pellets oder Briketts in einem elektrischen Ofen zu schmelzen und zu frischen.
Das gebräuchliche gasförmige Reduziermittel ist ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, welches durch Dampfumbildung von Erdgas gebildet wird, welches einen großen Anteil von Methan (CH4) enthält. Die endothermen Reaktionen bei der Dampfumbildung sind: Wenn Kohlenmonoxid das gasförmige Reduziermittel ist, ist die Nettoreaktion mit Hämatit: Dies ist eine exotherme Reaktion. Wenn das gasförmige Reduziermittel Wasserstoff ist, ist die Nettoreaktion endotherm und wird dargestellt durch die folgende Formel: Die angegebenen Reaktionen repräsentieren die theoretische Minimalmenge des zur Reduzierung des Eisenoxids erforderlichen Reduziermittels. Bei der direkten Gasreduktion von Erzen mit Hämatit (Fe203) und Magnetit (je304) werden die höheren Oxide fortschreitend reduziert, so daß Eisen (Fe), Kohlendioxid (CO2) und Wasser erhalten wird. Zusätzlich zu der oben angeführten Reduzierwirkung wird das Eisen gekohlt, und zwar im allgemeinen im Bereich von 1 bis 1,5%. Die Kohlungsreaktion ist wie folgt: 3Fe + 2CO -> Fe3C + CO.
Wenngleich theoretisch eine95%-ige Reduktion innerhalb einer Periode von etwa einer Stunde erzielbar ist, erfordern vorhandene Anlagen eine Periode von 3 bis 6 Stunden für den Reduktionsprozess.
über die Jahre hin wurde eine große Anzahl von direkten Reduktionsverfahren vorgeschlagen. Gegenwärtig sind die vorherrschenden direkten Gasreduktionsverfahren das Midrex-Verfahren, welches von der Midland Ross Corporation entwickelt wurde, und das HyL-Verfahren, welches von Mexican company Hojalata y Lamina entwickelt wurde. Etwa vergleichbare direkte Gasreduktionsverfahren wurden entwickelt von der Armco Steel Corporation und der August Thvssen-Hütte A.G.
Bei dem Midrex-Verfahren wird ein Gemisch aus Eisenerz und aus dem Verfahren gewonnenen und rückgeführten Pellets der Decke eines Schachtofens zugefuhrt, wo das Gemisch auf eine Temperatur von 7600C mittels eines Reduktionsgases erwärmt wird, welches Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält und dem Mittelteil des Ofens bei einer Temperatur von etwa 10000C zugeführt wird. Das Reduziergas kann durch Dampf umgebildetes Erdgas sein, welches ergänzt ist durch einen Teil des aus dem Ofen rezirkulierten Gichtgases. Das reduzierte Erz, welches unter der Bezeichnung Schwammeisen bekannt ist, wird in dem unteren Teil des Reduzierofens durch Zirkulieren eines Kühlgases durch den Ofen gekühlt. Durch das Midrex-Verfahren werden Pellets mit Abmessungen von etwa 1,27 cm erzeugt, welche einen Metallanteil von etwa 95% sowie zwischen 0,7 und 2% Kohlenstoff haben. Die Pellets treten aus dem Ofen bei einer Temperatur von etwa 400C aus und werden gewöhnlich mit einem Oberflächenschutz versehen, damit während des Transports oder der Lagerung eine Rückoxidation gehemmt ist. Als Schätzwert sind bei dem Midrex-Verfahren etwa 340 m3 Erdgas pro Tonne des Schwammeisens erforderlich. Dies sind etwa 3515 kWh/Tonne. Zusätzlich ist ein elektrisches Energieäquivalent von etwa 293 kWh/Tonne Eisen erforderlich für Gebläse, Blaseinrichtungen und Pumpen. Wenn angenommen wird, daß die Midrex-Pellets in einem wirksamen elektrischen Ofen geschmolzen und gefrischt niert werden, beträgt die zum Schmelzen und Frischen erforderliche Energie etwa 610 kWh/Tonne.
Wenn man den Wirkungsgrad zur Umwandlung von fossilen Brennstoffen in elektrische Energie in Betracht zieht, entspricht dies einer tatsächlichen Energie zum Schmelzen und Frischen der Midrex-Pellets von etwa 1875 kWh/Tonne. Die Gesamtenergie, welche erforderlich ist, eine Tonne Stahl unter Verwendung der Midrex-Pellets zu erzeugen, liegt daher in der Größenordnung von 5685 kWh.
Das Armco-Verfahreneist grob ähnlich dem Midrex-Verfahren, wenngleich die Reduzierreaktion bei einer Temperatur von etwa 9000C durchgeführt wird. Das Purofer-Verfahren der August Thyssen-Hütte ist ebenfalls ähnlich, wird jedoch bei einer Temperatur von etwa 10000C durchgeführt und das Produkt ist normalerweise brikettiert. Eine Analyse des Armco-Verfahrens zeigt an, daß etwa 394 m3 Erdgas pro Tonne Schwammeisen erforderlich ist im Vergleich mit etwa 340 m3 Erdgas pro Tonne beim Midrex-Verfahren. Diese Differenz ergibt sich aus den unterschiedlichen Auslegungseinzelheiten der beiden Verfahren. Wenn man annimmt, daß derselbe elektrische Ofen zur Behandlung des Produktes des Armco-Verfahrens verwendet wird für das Midrex-Produkt beträgt die erforderliche Gesamtenergie zur Erzeugung einer Tonne Stahl etwa 5831 kWh.
Im Gegensatz zu dem Midrex- und Armco-Verfahren, welche als Vertikalschachtverfahren mit progressiver Zuführung beschrieben werden können, welches eine sich bewegende Schicht erzeugt, ist das HyL-Verfahren ein solches mit Einzel zuführung, welches ein festes Bett oder eine feste Schicht erzeugt. Bei dem HyL-Verfahren wird ein Erzbett in einen Schacht-Reaktorkessel eingebracht und fortschreitend mit einem Initial-Reduziergas, einem End-Reduziergas und einem Kühlgas behandelt. Wenn vier Reaktionskessel vorgesehen werden, welche aufeinanderfolgend betrieben werden, kann ein im wesentlichen kontinuierliches Verfahren erhalten werden. Die geschätzten Energieanforderungen zur Herstellung einer Tonne metallischen Eisens bei Raumtemperatur betragen etwa 5860 kWh, wenn Stückerz reduziert wird, und etwa 4981 kWh, wenn Oxid-Pellets verwendet werden. Wiederum ist zusätzliche Energie von etwa 1874 kWh erforderlich, um das Frischen zu vervollständigen und Stahl zu erzeugen.
Die thermodynamischen Energieanforderungen zum Schmelzen einer Tonne Eisen bei Raumtemperatur betragen etwa 264 kWh. Daher ist der thermische Gesamtwirkungsgrad bei einem Schmelzvorgang in einem elektrischen Ofen nur in der Größenordnung von 16 bis 20%. Aus diesem Grund wurde allgemein angenommen, daß die konventionelle Hochofen-Sauerstoff-Stahlerzeugungskombination ein wirksameres Verfahren darstellt als die gegenwärtig vorhandenen direkten Reduktions-Elektroofen-Verfahren.
Unter Beachtung der obigen Ausführungen wird insbesondere zur Verringerung der erforderlichen Gesamtenergie zur Raffinierung einer Charge zu Stahl gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Roheisen als Zwischeneinsatz bei der Stahlerzeugung geschaffen, bei welchem eine Charge aus Erz, welche Eisenoxide und Gangart enthält, in einen Reduzierofen eingeführt wird und die Charge in dem Reduzierofen mit Hilfe einer reduzierenden Atmosphäre zur Reduzierung der Eisenoxide im wesentlichen zu Eisen erwärmt wird. Gemäß der Erfindung wird eine Charge des Erzes in der Form von Brocken, Briketts, Pellets oder anderer Agglomerate in den Reduzierofen eingeführt, so daß es in diesem in einer Reduzieratmosphäre, welche aus einem Gemisch aus Gichtgas, das aus dem Reduzierofen rezirkuliert wird, und Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltendes Abgas besteht, das in einer Schmelzeinheit erzeugt wird, reduziert wird. Ein Teil des in dieser Weise reduzierten Eisens wird innerhalb des Reduzierofens zu Eisenkarbid durch Reaktion des Eisens mit einem Teil in dem Gichtgas enthaltenen Kohlenmonoxids und mit dem Abgas aus der Schmelzeinheit gekohlt. Das reduzierte und gekohlte Eisen und die Gangart werden zusammen mit Schlacke bildenden Zusätzen und Flußmitteln in den oberen Bereich einer Schmelzeinheit eingeführt und unter einer reduzierenden Atmosphäre geschmolzen, welche durch die Verbrennung eines an BrennstofflSauerstoff reichen Gemischs erzeugt wird, so daß eine geschmolzene Schlacke und geschmolzenes Metall, bestehend im wesentlich aus Eisen und Kohlenstoff, erzeugt werden.
Durch die Rombinierung des erfindungsgemäßen direkten Gasreduktionsverfahrens mit der Schmelzeinheit kann das Abgas der Schmelzeinheit verwendet werden zur Bildung sämtlicher der gasförmigen Reduziermittel, die für die Reduktion von Erz erforderlich sind, welches seinerseits direkt in die Schmelzeinheit zusammen mit Eisen enthaltenden Metallen wie Gußeisen oder Stahlschrott eingeführt wird, so daß ein Rohstahl erzeugt wird, welcher einen Kohlenstoffanteil in der Größenordnung von 1 bis 2% hat. Falls gewünscht kann die Schmelzeinheit derart betrieben werden, daß sie Reduziergase im Überschuß erzeugt, welche entweder zur Erzeugung eines Überschusses vorreduzierten Metalls oder als Energiequelle für andere Zwecke verwendet werden können. Das Zwischenmaterial, welches in der Schmelzeinheit erzeugt wird, kann zu einem gewünschten Niedrigkohlenstoffstahl in einem elektrischen Ofen oder Sauerstoffkonverter gefrischt werden, wie hier noch deutlicher beschrieben wird. Aufgrund der Erfindung kann eine Charge aus vorreduziertem Metall und Gußeisenschrott, in welcher das vorreduzierte Metall zwischen 30 und 100% (vorzugsweise 40 bis 60%) der Charge ausmachen kann, mit bis zu etwa 30%-iger Verringerung der erforderlichen Gesamtenergie einschließlich der zur Reduzierung des Erzes erforderlichen Energie, zu Stahl gefrischt werden Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreiung der Erfindung und der zugehörigen Zeichnung ersichtlich. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm, welches die Vereinigung eines direkten Gasreduktionsverfahrens mit einer Schmelzeinheit zeigt, die mit einer reduzierenden Atmosphäre arbeitet und an welche Frischofen zur Erzeugung eines Niedrigkohlenstoffstahls anschließt, Fig. 2 ein ähnliches schematisches Blockdiagramm, welches die Vereinigung eines direkten Gasreduktionsverfahrens mit einer Schmelzeinheit und Frischofen zeigt, jedoch einen Schritt enthält, durch welchen das vorreduzierte Metall vor der Zuführung in die Schmelzeinheit gekühlt wird, Fig. 3 ein Diagramm, welches die Wirkung auf die Schmelzrate einer Schmelzeinheit gemäß der Erfindung als Funktion des Anteils an vorreduziertem Metall in dem Einsatz der Schmelzeinheit zeigt, Fig. 4 ein Diagramm, welches die zur Stahlerzeugung erforderliche Energie bei dem besten kommerziellen Verfahren und die für das erfindungsgemäße Verfahren erforderliche Energie als Funktion des Anteils an vorreduziertem Metall in der Charge einander gegenüberstellt, Fig. 5 ein Diagramm, welches prozentual die Energieeinsparung durch das Verfahren gemäß der Erfindung im Vergleich mit dem besten kommerziellen Verfahren als Funktion des Anteils an vorreduziertem Metall in der Charge zeigt, Fig. 6 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei welcher sowohl der Schrott wie auch das Erz in den Reduzierofen eingeführt werden und diesen durchlaufen, und Fig. 7 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung, in welcher der Schrott, Flußmittel und Zusätze direkt in die Schmelzeinheit eingeführt werden.
In Fig. 1 ist mit 10 ein direkter Gasreduktionsofen bezeichnet.
12 ist eine Beschickungsbühne zur Aufnahme von vorreduziertem Rohmetall, Schrott, Kalkstein und Koks, und 14 ist eine Schmelzeinheit, welche speziell auf das Arbeiten mit einer Reduzieratmosphäre und die Erzeugung eines Abgases ausgelegt ist, welches reich an Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) ist.
Ein Frisch- und Überhitzungsofen ist bei 16 angegeben. Zur Verbrennung in der Schmelzeinheit 14 und zum Frischen in dem Ofen 16 erforderlicher Sauerstoff wird mittels einer Sauerstoff-tiefereinrichtung 18 zugeführt.
Ein Teil des Gichtgases aus dem direkten Gasreduktionsofen wird in der Gaskonditioniereinrichtung 20 konditioniert und dann in den direkten Reduktionsofen 10 rezirkuliert. Der Rest des Gichtgases aus der direkten Reduktionseinheit strömt durch eine Energierückgewinneinheit 22 und wird dann in die Atmosphäre ausgeblasen.
Zum leichteren Verständnis wird die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf einen beispielhaften Betrieb beschrieben, bei welchem im wesentlichen gleiche Mengen von Gußeisenschrott und vorreduziertem Metall geschmolzen und gefrischt werden, so daß 907 kg Niedrigkohlenstoffstahl erhalten wird. Es wird darauf hingewiesen, daß das Verfahren, wie weiter unten noch eingehender erläutert, für Betriebsweisen geeignet ist, bei welchen das vorreduzierte Metall zwischen etwa 30 und 100% der Charge ausmachen kann, und für Betriebsweisen, bei welchem die Charge der Schmelzeinheit auch Eisen enthaltende Metalle wie Gußeisenschrott, Stahlschrott oder ein Gemisch derselben enthalten kann. Es ist ersichtlich, daß die Menge und Zusammensetzung des Abgases und die Temperaturen an verschiedenen Stellen des Verfahrens durch die spezielle Art der Einsetzmaterialien beeinflußt werden. Wenngleich das Verfahren mit der Erzreduktion in dem direkten Gasreduktionsofen 10 beginnt, wird das Verfahren im wesentlichen durch den Betrieb der Schmelzeinheit 14 gesteuert und kann daher am besten beschrieben werden, wenn mit der Schmelzeinheit begonnen wird.
Die Schmelzeinheit 14 ist bekannt als konsolidierter s.qingaersheek Kupolofen, oder C-W Kupolofen, und ist mit Brennern ausgerüstet, welche Sauerstoff und Erdgas oder Brennöl bei etwa der Hälfte des stöchiometrischen Verhältnisses zur Erzeugung einer reduzierenden Atmosphäre in dem Kupolofen und von Abgas, welches reich an Wasserstoff und Kohlenmonoxid ist, verbrennen können. Zur Erzeugung einer amerikanischen Tonne (907,2 kg) Niedrigkohlenstoffstahls wird die Beschikkungsbühne 12 des Kupolofens 14 mit vorreduziertem Metall 24 und Schrott 26 beschickt. Das vorreduzierte Metall 24, welches beispielsweise aus Midrex-Pellets bestehen kann, hat einen Kohlenstoffanteil von etwa 1,0% und ein Gewicht von etwa 498 kg. Die Schrottcharge 26 enthält 481 kg Eisen mit einem Kohlenstoffanteil von etwa 3,5%, 39,5 kg Kalkstein und 9,98 kg Koks. Die Schrottcharge 26 ist kalt, jedoch das vorreduzierte Metall 24 ist vorzugsweise so warm, wie es aus dem direkten Reduktionsofen 10 erhalten wird.
Brennstoff 28, vorzugsweise Erdgas aus im wesentlichen Methan (CH4) und ein Oxidiermittel (30), vorzugsweise Sauerstoff, werden gemischt und in den Kupolbrennern verbrannt. Gleiche Mengen, in diesem Fall etwa 192,1 m3 (Standard Kubikmeter) Methan und Sauerstoff werden verbrannt zur Erzeugung von Wärme und einer reduzierenden Atmosphäre innerhalb des Kupolofens gemäß der Reaktion: Innerhalb der Kupolofencharge tritt eine Anzahl von Reaktionen zusätzlich zum Schmelzen des in dem Schrott und dem Erz enthaltenen Eisens auf. Diese enthalten in summarischer Form: Als Ergebnis dieser Reaktionen bilden die in dem Erz enthaltene Gangart und der Koks und Kalkstein etwa 64,4 kg einer geschmolzenen Schlacke, welche aus dem Kupolofen abgeschlackt werden kann, und das Eisen aus dem Schrott und dem Erz bilden annähernd eine amerikanische Tonne Rohmetall, welches etwa 2,3% Kohlenstoff enthält. Zusätzlich tritt ein Abgas aus Wasser (H2O), Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2) und Kohlendioxid (CO2) aus dem Kupolofen 14 bei einer Temperatur von annähernd 1100°C aus. Die annähernde Zusammensetzung des Abgases aus dem Kupolofen ist wie folgt: Gas m3/amerikanische Tonne Stahl H2O 158,2 CO 158,2 H2 226 CO2 33,4 Wenngleich das Abgas aus dem Kupolofen reich an Wasserstoff und Kohlenmonoxid ist, die beide als Reduziermittel wirksam sind, enthält das Abgas auch Wasserdampf und Kohlendioxid, wodurch die Reduzierreaktion gehemmt werden kann. Die Reduktion von Erz kann im Vergleich mit dem Oxidzustand als vierstufiges Verfahren betrachtet werden, bei welchem das Erz aus Hämatit (Fe2O3) über Magnetit (Fe304), Wüstit (FeO) in Eisen (Fe) fortschreitend umgewandelt wird. Wenn die gasförmigen Reduziermittel Wasserstoff und Kohlenmonoxid sind, können die kombinierten Reaktionen wie folgt dargestellt werden: Bei Temperaturen unter 5600C ist Wüstit (FeO) unstabil und die Reduktion von Fe304 führt direkt zu Fe wie folgt: Wenngleich jedoch das Gleichgewicht für die Reduktion von Hämatit in Magnetit derart ist, daß entweder CO oder H2 bei allen Temperaturen sehr wirksam ist, ist das Gleichgewicht für die nachfolgenden Reduzierschritte weniger günstig und hängt ab sowohl von der Temperatur als auch dem Verhältnis von CO2 zu CO und H2O zu H2. Wenn K1 als Gleichgewichtskonstante für die Reduktion von Eisenerz durch CO, und K2 als die Gleichgewichtskonstante für die Reduktion von Eisenerz durch Wasserstoff bezeichnet werden, dann sind C02 H20 K1 n 2 H2 ' I und es kann gezeigt werden, daß bei CO 2 H2 und es kann gezeigt werden, daß bei 8710C K1 kleiner als 0,48 sein muß, um eine reduzierende Atmosphäre aufrechtzuhalten, daß jedoch bei Verringerung der Temperatur auf 426,60C K1 auf etwa 1,35 vergrößert werden kann. Andererseits muß K2 bei 8710C kleiner als 0,55 sein, während bei absinkender Temperatur auf 426,6"C K2 auf etwa 0,15 verringert werden muß, um eine Reduzierbedingung aufrechtzuerhalten.
Es ist ersichtlich, daß das Abgas des Kupolofens bei 871 bis 426,60C in den Gasreduktionsofen eintreten und aus dem Ofen bei 315,6 bis 4820C austreten kann, so daß die Reduzierreaktionen über einen Temperaturbereich hin durchgeführt werden. Wenn außerdem die Reduktion fortschreitet, werden durch die Reaktionen sowohl CO2 und H2O erzeugt, so daß die Neigung besteht, daß die Werte von K1 bzw. K2 sich vergrößern.
Ausgehend von der oben angeführten Zusammensetzung des Abgases des Kupolofens ergeben sich K1 zu etwa 0,21 und K2 zu etwa 0,7 entsprechend der folgenden Formel: CO2 = 33,4 und H2O = 158,2 CO 158,2 H2 226 Es ist daher ersichtlich, daß die Reduktion des Erzes durch Kohlenmonoxid zwar stark begünstigt wird, jedoch die Reduktion des Erzes über den Magnetit-Oxidationsgrad hinaus gehemmt wird, bis K2 wesentlich abgesenkt ist. ür diesen Zweck wird das Abgas des Kupolofens in den unteren Bereich 38 des direkten Gasreduktionsofens 10 eingeführt, im Gegenstrom durch den Ofen geführt und am oberen Ende 40 des Ofens abgezogen. Wie unten noch deutlicher erläuterttwird ein Teil des Gichtgases 42 aus dem direkten Reduktionsofen in die Luftkonditioniereinrichtung 20 geführt, wo das Gas gekühlt und derart behandelt wird, daß ein Teil des Wassers und der Kohlendioxids beseitigt wird, und dann wieder aufgewärmt wird.
Das wieder erwärmte und konditionierte Gas 44 wird mit dem Gasstrom 36 gemischt, welcher aus dem Kupolofen 14 austritt, und wieder in den direkten Reduktionsofen 10 bei 38 eingeführt. Als Ergebnis der Abfuhr wesentlicher Mengen von Wasser und Kohlendioxid in der Konditioniereinrichtung 20 können die Werte K1 und K2 gut unter 0,4 bzw. 0,5 gehalten werden, so daß die Reduktion der Eisenoxide sowohl durch Wasserstoff als auch Kohlenmonoxid innerhalb des direkten Reduktionsofens 10 stattfindet.
Zusätzlich zu den oben angegebenen Reduzierreaktionen wird das reduzierte Eisen in dem Reduzierofen auf etwa 1,0% Kohlenstoff gemäß der Gleichung gekohlt: Die Temperaturverhältnisse innerhalb des Reduzierofens 10 müssen eng eingeregelt werden, um die Rate der Reduzierreaktion auf einem Maximum zu halten, jedoch die Temperaturen insbesondere in den unteren Bereichen des Ofens zu begrenzen, so daß ein Sintern oder Agglomerieren des reduzierten Erzes verhindert ist. Dies kann teilweise bewerkstelligt werden durch den Betrieb des Gaskonditioniereinrichtung 20, welche so gesteuert werden kann, daß die Temperatur des in den Reduzierofen 10 an der Stelle 38 eintretenden Gases auf einem gewünschten Wert gehalten wird. Außerdem kann der Anteil des Gichtgases 42, welcher rezirkuliert wird, so gewählt werden, daß das Reduziergas mehrfach durch den Reduzierofen 10 rezirkuliert wird. Das genaue Ausmaß der Rezirkulation hängt von der Art und Zusammensetzung des Roherzes 46 und des Abgases 36 des Kupolofens und von dem Betrieb der Gaskonditioniereinrichtung 20 ab.
Im vorliegenden Beispiel werden 687,7 kg Erz mit 645 kg Hämatit und 42,6 kg Gangart zur Erzielung von 498,4 kg vorreduzierten Metalls 24 eingesetzt. Der nicht rezirkulierte Teil des Gichtgases 48 aus dem Reduzierofen 10 kann mit Luft und, falls erforderlich, zusätzlichem Brennstoff verbrannt werden, um in der Energierückgewinneinheit 22 die Wärme zu erzeugen, welche erforderlich ist zum Wiedererwärmen des Gichtgases, welches durch die Konditioniereinrichtung 20 geführt wird. Ein Energieüberschuß, welcher aus dem Gichtgas 48 des Reduzierofens verfügbar ist, kann beispielsweise zur Dampferzeugung verwendet werden Wie oben angegeben hat das aus dem Kupolofen 14 austretende Metall 34 einen Kohlenstoffanteil von etwa 2,3% und kann eine Temperatur von mehr als 13710C haben. Eine weitere Frischen in dem Stahlerzeugungsofen 16 ist erforderlich, um Stahl zu erzeugen mit einem Kohlenstoffanteil im Bereich von 0,1%. Der Ofen 16 ist vorzugsweise ein elektrischer Ofen oder ein Sauerstoffkonverter. Mit den in Fig. 1 gezeigten Komponenten sind etwa 20,4 m3 Sauerstoff 50 stöchiometrisch erforderlich, um den Kohlenstoff in dem Metall 34 von dem Anfangsanteil von 2,3% auf einen Endanteil von 0,1% zu oxidieren. Die Reaktion des Sauerstoffs und Kohlenstoffs ist exotherm, so daß die Temperatur des Endstahlprodukts 52 auf die gewünschte Stichtemperatur von etwa 1477 CC ansteigt.
Eine Energiebilanz für das in Fig. 1 beispielhaft angegebene Verfahren weist aus, daß etwa 2107 kWh in der Form von Brennstoff (Erdgas), 352 kWh elektrisch zur Erzeugung des zur Verbrennung und Raffinierung erforderlichen Sauerstoffs vorhanden ist und etwa 193 kWh als elektrische Leistung zur Konditionierung des Gases und für den Betrieb von Gebläsen und Blaseinrichtungen erforderlich ist. Die Gesamtenergie pro amerikanische Tonne Stahl bei dem vorliegenden Verfahren beträgt etwa 2652 kWh.
Fig. 3 ist ein Kurvenschaubild, welches das Verhältnis zwischen der Schmelzrate des Kupolofens und dem prozentualen Anteil an vorreduziertem Metall in der Charge zeigt. Die Linien 54 und 56 repräsentieren einen Bereich von Versuchsdaten in einem Kupolofen mit Brennern, die zur Erzeugung einer Reduzieratmosphäre in dem Kupolofen und von an Wasserstoff und Kohlenmonoxid reichem Abgas betrieben wurden. Im allgemeinen zeigen diese Daten an, daß mit dem Anstieg des prozentualen Anteils an vorreduziertem Metall in der Kupolcharge die Schmelzrate abnimmt. Diese Daten sind entsprechend als Linien 58 und 60 umgerechnet auf Maße, welche den Prozentsatz der Schmelzrate in einem Kupolofen zeigen, welcher ohne vorreduziertes Metall in der Charge betrieben wird. Die Linie 62 ist aus Fig. 1 des Aufsatzes "The Use of Spange Iron in Foundries" auf Seite 53 der Ausgabe September 1976 von "Modern Casting" entnommen und zeigt Ergebnisse, welche ähnlich zu denen sind, die erfindungsgemäß mit Bezug auf die Wirkung von vorreduziertem Metall auf die Kupol-Schmelzraten erhalten werden.
Die Kurve 64 gründet sich auf die Schmelzratendaten der Kurve 54 für einen Kupolofen, welcher bei der Hälfte des stöchiometrischen Verhältnisses von Sauerstoff und Brennstoff betrieben wurde, um eine Reduzieratmosphäre und an CO und H2 reiches Abgas zu erzeugen. Die Kurve 54 demonstriert, daß eine ausreichende Menge Abgas erzeugt werden kann, um die Reduktion des Erzes unter jeder gewünschten Beschickungsbedingung zu bewirken. Die Kurve 64 zeigt, daß etwa 75% des Abgases, welches in dem Kupolofen erzeugt wird, erforderlich ist, eine ausreichende Erzmenge zu reduzieren, daß diese 50% des Einsatzes des Kupolofens bildet. Wie oben ausgeführt kann der Rest des Abgases dann verbrannt werden, um die Energie zur Konditionierung des Gichtgases aus dem Reduzierofen zu erbringen. Wenn der Kupolofen bei einer geringeren Schmelzrate als die, welche durch die Kurve 66 gezeigt ist, betrieben wird, ist ein geringerer Anteil des Abgases erforderlich zur Reduktion des Erzes und ein Überschuß an Energie in der Form von Gichtgas aus dem Reduzierofen wird verfügbar.
Fig. 4 ist ein Kurvenbild, welches energiemäßig einen Vergleich eines typischen Verfahrens gemäß der Erfindung und des besten handelsüblichen Stahlerzeugungsprozesses, welcher mit direkter Erzreduktion arbeitet, an welche ein Schmelz- und Frischvorgang in einem elektrischen Lichtbogenofen anschließt, für verschiedene Prozentzahlen von vorreduziertem Metall in der Charge zeigt. Die Kurve 68 zeigt die zur Erzeugung von Stahl durch direkte Reduktion und zum Betreiben eines elektrischen Lichtbogenofens mit zwischen 0 und 100% vorreduziertem Metall als Charge erforderliche Energie. Es ist ersichtlich, daß bei 0% vorreduziertem Metall in der Charge des elektrischen Ofens die erforderliche Energie etwa 1465 kWh/amerikanische Tonne beträgt, während bei 100% vorreduziertem metall in der Charge die erforderliche Energie etwa 5685 kWh/amerikanische Tonne beträgt. Die Kurve 70 repräsentiert das Verfahren gemäß der Erfindung, bei welchem das Abgas aus der Kupol-Schmelzeinheit die zur Reduktion des Erzes erforderlichen Reduziermittel liefert. Die Daten aus Fig. 4 sind in umgezeichneter Form in Fig. 5 eingetragen, um die typischen Energieeinsparungen in Prozent zu zeigen, welche mit dem Verfahren gemäß der Erfindung im Vergleich mit dem besten handelsüblichen Verfahren der direkten Reduktion mit anschließendem Schmelzen und Frischen in einem elektrischen Lichtbogenofen erzielbar sind.
Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß das Verfahren gemäß der Erfindung zu Energieeinsparungen von etwa 30% für eine Charge mit etwa 50% vorreduziertem Metall führt.
Fig. 7 zeigt schematisch eine Vorrichtung, in welcher das Verfahren gemäß der Erfindung entsprechend Fig. 1 durchgeführt werden kann. Derjenige Teil der Vorrichtung, welcher die Schmelzeinheit bildet, ist insgesamt mit 72 bezeichnet, während die Beschickungsbühne bei 74 und der direkte Reduktionsofen bei 76 gezeigt ist. Die Schmelzeinheit 72 und die Beschickungsbühne 74 sind in einem insgesamt zylindrischen Stahlmantel 78 ausgebiidet, welcher mit einem geeigneten feuerfesten Material 80 ausgekleidet ist. Zusätzliches feuerfestes Material 32 vorzugsweise in der Form von geformten Ziegeln ist innerhalb des feuerfesten Materials 80 angeordnet, so daß ein Verbrennungsraum oder eine Herdzone 84, ein Wärm- und Schmelzbereich 86 und ein die Charge erhaltener Beschickungsbereich 88 gebildet sind. Mit der Herdzone 84 sind eine Mehrzahl von Brennkammern 90 in Verbindung, in welchen Brenner 92 aufgenommen werden können. Die Brenner 92 sind ausgelegt auf die Verbrennung eines an Brennstoff/ Sauerstoff reichen Gemisches, so daß Verbrennungsprodukte erzeugt werden, welche reich an Wasserstoff und Kohlenmonoxid sind. Eine Ausgußrinne 94 steht mit der Herdzone 84 geringfügig oberhalb deren Bodens in Verbindung, so daß das geschmolzene Metall aus der Schmelzeinheit in einen Sauerstoffkonverter oder einen elektrischen Ofen (nicht gezeigt) für ein weiteres Frischen zur Stahlerzeugung geführt wird. Das eine Ende eines mit feuerfestem Material ausgekleideten zusätzlichen Kanals 96 steht in Verbindung mit der Beschickungsbühne 74, während sein anderes Ende mit einem zusätzlichen Beschickungstrichter 98 über ein Gasabdichtventil 100 in Verbindung steht. Das ausladende Ende des zusätzlichen Beschikkungstrichters 98 ist ebenfalls mit einem gasdichten Verschluß 102 ausgestattet. Zuschläge aus Eisen- oder Stahlschrott, Koks, Kalkstein und Flußmittel, können in den Beschickungstrichter 98 eingeführt und in die Beschickungsbühne 74 im erforderlichen Maße eingebracht werden.
Der direkte Reduktionsofen 76 enthält einen im allgemeinen zylindrischen Stahlmantelabschnitt 104 mit einer feuerfesten Auskleidung 106 und steht mit der Beschickungsbühne 74 über einen feuerfest ausgekleideten konvergierenden Abschnitt 108 und eine Öffnung 100 in Verbindung. Wenigstens eine Öffnung 113 ist im oberen Bereich des direkten Reduktionsofens 76 für den Austritt von Gas ausgebildet. Wenigstens eine Öffnung 115 ist in der Beschickungsbühne 74 vorgesehen, so daß rekonditioniertes Gas aus dem direkten Reduktionsofen 76 in den den Einsatz aufnehmenden Bereich 88 der Beschickungsbühne 74 und dann durch die Öffnung 110 und den Innenraum 112 des Ofens 76 rezirkuliert werden kann. Es können auch frische gasförmige Reduziermittel in die rekonditionierten Gase eingemischt werden, falls dies gewünscht wird.
Das obere Ende des direkten Reduktionsofens 76 ist abgeschlossen mittels eines Beschickungstrichters 114, welcher mit geeigneten Gasdichtungen (nicht gezeigt) ausgestattet ist.
Es ist ersichtlich, daß geeignete Mengen Erz in den direkten Reduktionsofen 76 für die Reaktion mit den gasförmigen Reduziermitteln und die Erzeugung vorreduzierten Metalls eingeführt werden können, welches dann in den Beschickungsbühnen bereich 88 zusammen mit der gewünschten Menge von Schrott, Flußmitteln und Zuschlägen zugeführt werden kann, um den Einsatz für die Schmelzeinheit 72 zu bilden. In der Herdzone der Schmelzeinheit werden Temperaturen im Bereich von 1649 bis 22040C erzeugt, um die Charge zu schmelzen und einen Pool aus Rohmetall 116 zu bilden, welches zum endgültigen Garkochen in einem Stahlerzeugungskessel geeignet ist. Wie aus Fig. 7 ersichtlich hat die Herdzone 84 der Schmelzeinheit einen kleineren Durchmesser als der Heiz- und Schmelzbereich 86 der Schmelzeinheit, so daß eine Umfangsschulter 118 vorhanden ist, welche das Beschickungsmaterial in der Schmelzeinheit trägt. Das Ergebnis ist, daß eine kuppelartige Verbrennungskammer erzeugt ist und die Gefahr vermieden ist, daß festes Material in das Schmelzenbad 116 fällt und dieses möglicherweise abkühlt und verfestigt. Das Schmelzenbad 116 ist ein wesentlicher Teil der Gestaltung der Herdzone der Schmelzeinheit derart, daß es den feuerfesten Boden der Schmelzeinheit abdeckt und gleichzeitig Wärme aus den gasförmigen Verbrennungsprodukten absorbiert. Außerdem wird durch das Zurückhalten einer Menge geschmolzenen Metalls in dem Schmelzenbad eine Reaktion der Flußmittel und anderer Zugabemittel mit der Schlacke begünstigt und die gewünschten Schlacke-Metall-Reaktionen werden beschleunigt.
Vorzugsweise enden die Verbrennungskammern 90 mit ihren inneren Enden in verengten Abschnitten 120, in welchen die Geschwindigkeit der Verbrennungsprodukte vergrößert wird, so daß ein Gasstrahl gebildet wird, welcher fähig ist, in den Herdraum 84 einzudrängen, und durch welche ein Hochturbulenzbereich erzeugt wird, in welchem der Wärmeübergang an das Beschickungsmaterial und das Schmelzenbad 116 begünstigt wird.
Fig. 2 zeigt in der Form eines Blockdiagramms eine Abwandlung des Verfahrens aus Fig. 1. Der Hauptunterschied liegt im Verfahrensschritt 11, in welchem das vorreduzierte Metall beim Austritt desselben oder unmittelbar nach dem Austritt desselben aus dem direkten Reduktionsofen 10 auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird. Durch die Verwendung dieser Technik ist die Betriebsrate des Ofens 10 nicht direkt an den Betrieb der Schmelzeinheit 14 gebunden, so daß es möglich ist, näher an der vollen Reduzierkapazität des zum Schmelzen verwendeten Abgases zu arbeiten und dadurch die Produktion an vorreduziertem Metall zu vergrößern. Durch das Abkühlen des Anteils des vorreduzierten Metalls an der Charge der Schmelzeinheit geht die fühlbare Wärme des vorreduzierten Metalls verloren und muß in der Schmelz einheit durch Verbrennung einer zusätzlichen Brennstoffmenge ausgeglichen werden. Hierdurch wird notwendig die erforderliche Gesamtenergie für das Verfahren erhöht und daher wird der Wirkungsgrad etwas verringert. Außer der oben angeführten Ausnahme ist das in Fig. 2 gezeigte Verfahren dasselbe wie das in Fig. 1, was durch die Verwendung derselben Bezugszeichen repräsentiert ist. Der Überschuß an vorreduziertem Metall kann in anderen Stahlerzeugungsvorgängen verwendet werden oder als Handelsgegenstand verkauft werden.
Fig. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung. Die Vorrichtung unterscheidet sich von der aus Fig. 7 dadurch,daß die Beschickungsbühne 74 und die zugeordneten zusätzlichen Kanäle und der zusätzliche Beschickungstrichter fehlen. Die entsprechenden Teile aus Fig. 7 sind in Fig. 6 mit denselben entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet und dienen in beiden Ausführungsformen der Vorrichtung zu denselben Zwecken. In der Ausführungsform aus Fig. 6 werden die erforderlichen Mengen an Schrott, Flußmittel oder andere Zusätzen zusammen mit dem Erz in den direkten Reduktionsofen 76 durch den Beschickungstrichter 114 eingebracht. Die Wirkung dieser Ausführungsform besteht darin, daß der Schrott, die Flußmittel und anderen Zusätze in dem direkten Reduktionsofen 76 vorgeheizt werden, statt daß dies in den oberen Bereichen der Schmelzeinheit 72 geschieht. Daher ist die Temperatur des Abgases der Schmelzeinheit etwas höher als die Temperatur in der Ausführungsform nach Fig. 7. Wie oben erwähnt, ist es erforderlich, die maximale Temperatur des Abgases der Schmelzeinheit zu begrenzen, um das Versintern oder Agglomerieren der Charge innerhalb des Reduktionsofens 76 zu verhindern.
In den Fig. 1 und 2 ist angegeben, daß das Eisenerz in den Reduktionsofen 10 eingeführt wird, während der Schrott, d.i.
die Eisen enthaltenden Metallmaterialien, und andere Zusätze einschließlich Koks, Kalkstein und Flußmittel in den den Einsatz aufnehmenden Teil der Schmelzeinheit 10 eingeführt werden. Es ist ersichtlich, daß wie in Fig 6 gezeigt sämtliche Einsatzmaterialien in den Reduzierofen 10 eingeführt und durch diesen hindurchgeführt werden können, falls dies gewünscht wird. In diesem Fall wird ein Teil des Wärmeverbrauchs aus der Schmelzeinheit 14 in den Reduzierofen 10 verlagert.
Als Ergebnis ist die Temperatur des aus der Schmelzeinheit 14 austretenden Abgases etwas höher.
Die verwendeten Begriffe und Ausdrücke sollen der Beschreibung und nicht der Beschränkung dienen; insbesondere sollen durch sie nicht Äquivalente der gezeigten und beschriebenen Merkmale oder der Teile derselben ausgeschlossen werden. Vielmehr sind innerhalb des Erfindungsgedankens verschiedene Abwandlungen möglich.

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Rohmetall als Einsatz für die Stahlherstellung ANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von Rohmetall als Einsatz für die Stahlherstellung, bei welchem eine Erzcharge, welche Eisenoxide und Gangart enthält, in einen Reduzierofen eingebracht wird und darin mit einer reduzierenden Atmosphäre zur Reduzierung der Eisenoxide im wesentlichen zu Eisen erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erzcharge in der Form von Brocken, Briketts,Pellets oder anderen Agglomeraten in den Reduzierofen für die Reduktion in einer Reduzieratmosphäre eingeführt wird, welche ein Gemisch aus Gichtgas, welches von dem Reduzierofen rezirkuliert ist, und in einer Schmelzeinheit erzeugtes Abgas mit Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält, daß ein Teil des in dieser Weise reduzierten Eisens innerhalb des Reduzierofens in Eisenkarbid durch Reaktion des Eisens mit einem Teil -des Kohlenmonoxids in dem Gichtgas und mit dem Abgas aus der Schmelzeinheit gekohlt wird, daß das reduzierte und gekohlte Eisen und die Gangart zusammen mit Schlacke bildenden Zusätzen und Flußmitteln in den oberen Bereich einer Schmelzeinheit eingeführt wird, und daß das reduzierte und gekohlte Eisen, die Gangart und die Schlacke bildenden Zusätze und Flußmittel unter einer reduzierenden Atmosphäre geschmolzen werden, welche durch die Verbrennung eines an Brennstoff/Sauerstoffträger reichen Gemisches erzeugt wird, so daß eine geschmolzene Schlacke und geschmolzenes Metall hergestellt werden, welche im wesentlichen Eisen und Kohlenstoff enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Schmelzeinheit eingeführte reduzierte und gekohlte Eisen zwischen 30 und 708 der Metallcharge der Schmelzeinheit ausmacht und der Rest der Metallcharge Eisen enthaltende Metalle enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im wesentlichen Eisen und Kohlenstoff enthaltende geschmolzene Metall in einem Elektroofen oder in einem Sauerstoffkonverter unter Erzeugung von Stahl gefrischt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das reduzierte und gekohlte Eisen vor der Einführung in die Schmelzeinheit gekühlt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das reduzierte und gekohlte Eisen zwischen 40 und 60% der metallischen Charge der Schmelzeinheit ausmacht und der Rest der Charge Eisen enthaltende Metalle enthält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Reduzierofen eingeführte Charge zusätzlich zu dem Erz schlackenbildende Zusätze und Flußmittel enthält.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzieratmosphäre in dem Reduzierofen ein Gemisch aus Gichtgas, welches Wasserstoff, Wasser, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthält und von dem Reduzierofen rezirkuliert wird, und in der Schmelzeinheit erzeugtes Abgas mit Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Wasser und Kohlendioxid enthält, daß ein Teil des Eisens zu Eisenkarbid in dem Reduzierofen gekohlt wird durch Reaktion der Eisenwerte mit einem Teil des Kohlenmonoxids, welches in dem Gichtgas und dem Abgas aus der Schmelzeinheit enthalten ist, und daß ein Teil des Gichtgases aus dem Reduzierofen gekühlt und unter Beseitigung eines Teils des darin enthaltenen Wassers und Kohlendioxids konditioniert wird und dann wieder erwärmt wird, bevor es zusammen mit dem Abgas aus der Schmelzeinheit in den Reduzierofen rezirkuliert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der zur Wiedererwärmung des konditionierten Gichtgases erforderlichen Wärme durch die Verbrennung eines anderen Teils des Gichtgases mit einem Sauerstoffträger erzeugt wird.
9. Vorrichtung zur Herstellung von Rohmetall als Einsatz für die Stahlherstellung dadurch gekennzeichnet, daß ein mit feuerfester Isolierung ausgekleideter Reduzierofen (76) mit öffnungen (114, 110) an seiner Decke und seinem Boden vorgesehen ist, daß mit der Deckenöffnung des Reduzierofens Zuführeinrichtungen zur Einführung wenigstens von Eisenerz zu dessen Reduktion in Verbindung stehen, daß mit der Bodenöffnung des Reduzierofens eine mit feuerfestem Material ausgekleidete vertikale Schmelzeinheit mit ihrem oberen Ende in Verbindung steht, welche nahe ihres unteren Endes eine Herdzone (84) und über dieser einen diesen und die Bodenöffnung des Reduzierofens verbindenden Schmelzraum aufweist, daß mit dem oberen Bereich des Reduzierofens eine erste Leitung (113) mit ihrem einen Ende angeschlossen ist, welche mit ihrem anderen Ende an eine Gaskonditioniereinrichtung angeschlossen ist, daß eine zweite Leitung t115) mit ihrem einen Ende an die Gaskonditioniereinrichtung angeschlossen ist und mit ihrem anderen Ende mit dem reduzierten Eisenerz vor dessen Eintritt in die Schmelzeinheit verbunden ist, daß mit der Herdzone der Schmelzeinheit eine Mehrzahl von Brennkammern in Verbindung stehen, von denen jede einen Brenner enthält, und daß mit der Herdzone der Schmelzeinheit nahe von deren Boden ein Auslauf (94) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzraum einen größeren Durchmesser als die Herdzone hat, so daß zwischen diesen Räumen eine Schulter (118) gebildet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammern mit der Herdzone über eine im Durchmesser reduzierte Verengung (120) in Verbindung stehen, so daß die Geschwindigkeit der in die Herdzone eintretenden Verbrennungsprodukte vergrößert wird.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzeinheit nahe ihres oberen Endes einen Aufnahmeabschnitt (96) für eine Charge aufweist, daß der Schmelzraum (86) die Verbindung des Aufnahmeabschnitts (96) mit der Herdzone (84) bildet, und daß die zweite Leitung (115) mit ihrem anderen Ende mit dem Aufnahmeabschnitt (96) der Schmelzeinheit in Verbindung steht, mit welchem eine Beschickungseinrichtung (98) verbunden ist.