DE3139375A1

DE3139375A1 - Verfahren zum herstellen von agglomeraten, wie pellets oder briketts, sowie zur metallgewinnung aus diesen

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Publication number: DE3139375A1
Application number: DE19813139375
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Phys. Dr. 6000 Frankfurt Mühlberger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-10-03
Filing date: 1981-10-03
Publication date: 1983-04-14

Description

Verfahren zum Herstellen von Agglomeraten, wie
Pellets oder Briketts, sowie zur Metallgewinnung aus diesen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Agglomeraten, wie Pellets oder Briketts, hoher Festigkeit aus einer Mischung von metalloxidischem Feinmaterial, wie Eisenoxid (Fe203) oder Pyritabbrand, mit Kohlenstaub, insbesondere Reduktions-Kohlenstoff, wie Braunkohlen-Koksstaub sowie Zement und/oder Kalk als,Bindemittel, bei welchem die Mischungspartner vor dem homogenen Mischen auf eine Kornfeinheit von < 100 pm vorzugsweise <65 zum gebracht, nach dem Mischen pelletiert oder brikettiert sowie anschließend unter Normaldruck (760 Torr) und Normaltemperatur (10 bis 25°C) gelagert werden. Gegenstand der-Erfindung ist ferner die Gewinnung von Metall, insbesondere Eisen aus diesen Agglomeraten, wie Pellets oder Briketts.
Durch die DE-OS 29 05 950 ist bereits ein gattungsgemäßes Verfahren zum Herstellen von Agglomeraten hoher Festigkeit bekannt, bei welchem der aus den verschiedenen Feinmaterialien gebildeten Mischung mindestens 10 % Zement beigegeben ist. Die aus dieser Mischung vorverdichteten Agglomerate, wie Pellets oder Briketts werden dabei zunächst unter Nor-0 maldruck (760 Torr) und Normaltemperatur (10 bis 25 C) bei 50 bis 80 % relativer Luftfeuchte mindestens 48 Stunden in einem geschlossenen Bunker gelagert und daran anschließend, ebenfalls in diesem oder einem anderen Bunker einer mindestens 24stündigen Wärmebehandlung mit Temperaturen von 130 bis 1600C unterzogen.
Dieses bekannte Verfahren hat zwar gegenüber anderen, bspw.
durch die US-PS 3 386 816 und die DE-OS 2 300 889, bekanntgewordenen Verfahrensarten den Vorteil, daß es keine Hochtemperatur-Behandlung der Agglomerate erfordert, sondern mit Niedrigtemperatur-Energie auskommt, wie sie- ohnehin als Abwärme in Stahlwerksbetrieben zur Verfügung steht. Abgesehen davon, daß das Verfahren nach der DE-OS 29 05 950 aber noch einen relativ hohen Anlagenaufwand - eine Vielzahl von Lager-und Behandlungsbunkern für die Pellets oder Briketts - erfordert, hat sich auch der Nachteil gezeigt, daß die Festigkeitss eigenschaften der als Fertigprodukte anfallenden Pellets oder Briketts sich beim Unterschreiten sowohl des 10 %igen Zementgehaltes als auch der 48stündigen Lagerdauer in Verbindung mit der Wärmebehandlung zwischen 100 und 2000C auf 12 bis 40 % vermindern.
Der Herstellung von Agglomeraten, wie Pellets oder Briketts, hoher Festigkeit aus einer Mischung von metalloxidischem Feinmaterial, wie Eisenoxid (Fe203) oder Pyritabbrand, mit- Kohlenstaub, insbesondere Reduktions-Kohlenstoff, wie Braunkohlen-Koksstaub kommt deshalb besondere Bedeutung zu, weil die Gießereiindustrie daran interessiert ist, für den Betrieb der Kupolöfen eine Eisenquelle zu erschließen, die ohne die kostspielige Herstellung des Roheisens im Hochofen auskommt, also das reduzierende Schmelzen von Eisenerz im Kupolofen nach einem einfachen Verfahren ermöglicht.
Für die Gießereiindustrie ist dabei die Gewinnung des Eisens aus selbstreduzierenden Agglomeraten, wie Pellets oder Briketts die wirtschaftlichste Methode, weil die Energie zur Gewinnung von Roheisen im Hochofen in jedem Falle eingespart wird und außerdem auch ein Arbeiten mit und ohne Schrottanfall möglich ist. Der Kupolofen-Betrieb wird damit auch sichergestellt, wenn kein zusätzlicher Stahlschrott zur Verfügung steht.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art anzugeben, welches die Herstellung von Agglomeraten, wie Pellets oder Briketts, hoher Festigkeit aus einer Mischung von metalloxidischem Feinmaterial wie Eisenoxid (Fe203) oder Pyritabbrand, mit Kohlenstaub, insbesondere Reduktions-Kohlenstoff, wie Braunkohlen-Koksstaub ermöglicht und welches ohne den Einsatz von Wärmeenergie ausgeübt bzw.
durchgeführt werden kann, also ohne weiteres auch dort ein satzfähig ist, wo keine oder nur in geringem Umfang Abwärme-Energie zur Verfügung steht.
Die Lösung dieser Aufgabe ist nach dem Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 in überraschend einfacher Weise dadurch erreichbar, daß der Mischungsanteil von Zement und/oder Kalk, bezogen auf die Trockensubstanz, auf höchstens 10 % eingestellt und der Kohlenstoff-Mischungspartner mit einem Wasseranteil bis zu 15 % eingesetzt wird, daß die Mischung innerhalb einer Zeit von weniger als 30 Minuten nach der Bindemittel zugabe pelletiert oder brikettiert und währenddessen auf einen erhöhten Wassergehalt zwischen 15 und 26 % gebracht wird, und daß schließlich die Pellets oder Briketts in Schichten unter einem Wetterschutz gestapelt und dabei an freier Luft über 3 bis 14 Tage, vorzugsweise 8 bis 9 Tage, ausgehärtet werden.
Es hat sich gezeigt, daß nach dieser Verfahrensart mit relativ geringem technischen Aufwand eine Tages produktion von etwa 1000 t Pellets leicht und sicher beherrscht werden kann, wenn hierfür eine genügend große Laqerfläche zur Verfügung steht. Durch den im Kohlenstoff-Mischungspartner enthaltenen Wasser anteil wird dabei während des Mischvorgangs eine Staubexplosion sicher vermieden und schon ein Mischungsanteil von Zement und/oder Kalk in Höhe von etwa 9,5 % gewährleistet, daß die Pellets bzw. Briketts schon etwa 3 bis 4 Minuten nach ihrer Fertigstellung eine für die Lagerung ausreichende Druckfestigkeit aufweisen. Nach einer Auslagerungszeit von etwa 5 bis 7, höchstens aber 9 bis 14 Tagen haben die Pellets oder Briketts eine Druckfestigkeit von 400 bis 1000 N, sind also sicher transportabel und können gegebenenfalls auch mehrere Umschlagvorgänge überstehen, ohne zu zerbrechen oder wesentliche Abriebverluste zu erleiden.
Besonders bewährt hat es sich erfindungsgemäß, wenn nach Anspruch 2 das metalloxidische Feinmaterial erst kurzzeitig vor der Pelletierung oder Brikettierung gemahlen wird, weil die frisch entstandenen Bruch- oder Spaltflächen eine besonders intensive Teilchen-Bindung durch Adhäsion gewährleisten und damit die Verminderung des Zement- bzw. Bindemittelzusatzes auf Gehalte von weniger als 10 % ermöglichen.
Ein weiterbildendes Verfahrensmerkmal wird nach Anspruch 3 darin gesehen, daß die Wasserzugabe von 10 bis 16 90 beim Pelletieren oder Brikettieren durchgeführt wird. Weiterhin ist nach Anspruch 4 vorgesehen, daß die Pellets oder Briketts bis zu einer Höhe von 1 m, vorzugsweise zwischen 25 und 30 cm hoch, lose gestapelt werden. Hierdurch ist es bspw.
möglich, eine Tagesproduktion von 1000 t Pellets oder Briketts bei einem Raumgewicht von etwa 1,0, also mit einem Vo-3 2 lumen von 1000 m auf einer Fläche von 1000 m gleichmäßig verteilt zu lagern, so daß zum Abtrocknen der Oberflächen dieser Pellets oder Briketts eine Zeit von 24 Stunden zur Verfügung steht, bevor eine Aufschichtung der nächsten Tagesproduktion stattfindet.
Als besonders vorteilhaft kann es sich in verfahrenstechnischer Hinsicht erweisen, wenn nach Anspruch 5 zunächst Pellets oder Briketts von 5 bis 15 mm Durchmesser mit erhöhtem bzw. überwiegendem Kohlenstaubanteil hergestellt und vorgetrocknet werden und daß dann diese Pellets oder Briketts als Kernmaterial unter Verwendung einer Normalmischung von Ausgangsstoffen auf einen Durchmesser von 30 bis 50 mm nachpelletiert oder -brikettiert werden.
Auf diese Art und Weise lassen sich zunächst die kleinen Pellets bzw. Briketts mit hohem Kohlenstoffanteil aus verhältnismäßig billigen Abfall-Kohlenstäuben herstellen und vortrocknen sowie anschließend durch das Nachpelletieren oder -brikettieren der Normalmischung von Ausgangsstoffen sicher und bequem auf solche Abmessungen bringen, daß bei ihrer Weiterverwendung das Durchfallen durch die Gattierungssäulen zumindest solange verhindert wird, bis der Reduktonsvorgang vollständig abgeschlossen ist.
Als besonders wichtig hat es sich nach der Erfindung auch erwiesen, daß nach Anspruch 6 die Pellets oder Briketts vor ihrem Aufschichten oder Stapeln jeweils mit einem feinkörnigen Isolationsmaterial, z.B. Kalksteinmehl, Sand und/ oder feingranulierter Kohle, umhüllt werden, wobei nach Anspruch 7 das Hüllmaterial mit einer Korngröße < 1,0 mm, vorzugsweise ( 0,5 mm, verwendet und wenigstens auf 2/3 der Pellet- oder Brikettoberfläche aufgebracht wird. Diese chemisch nicht mit den Pellets oder Briketts reagierenden Isolationsmaterialien dienen dabei dem Zweck, das Zusammenbacken der Pellets oder Briketts während ihrer Lagerung zu verhindern.
Nach dem angegebenen Verfahren läßt sich auf einfache Weise, bspw. ein Pyritabbrand-Pellet bzw. Brikett schaffen, das so ausgelegt ist, daß die eingebundene Kohle nicht nur ausreicht, das Eisenoxid (Fe203) zu reduzieren, sondern es auch ermoglicht, das Eisen mit mindestens 3 % und maximal 4 % Kohlenstoff aufzukohlen. Mit dem überschüssigen Kohlenstoffanteil wird zusätzliche Wärmeenergie zur Verfügung gestellt, die zum Erwärmen der Pellets bzw. Briketts und zum Schmelzen des Eisens notwendig ist.
Da bei der Herstellung der Pellets bzw. Briketts möglich ist, den Kohlenstaub oder Koksstaub, bspw. aus ganz oder teilweise gemahlener Kokslöche, als Abfallprodukt einzusetzen, können diese relativ billig beschafft werden. Besonders zweckmäßig ist es dabei, Braunkohlen-Koksstaub einzusetzen, weil dessen Reaktivität höher ist und dieser noch kostengünstiger zur Verfügung steht, als auf dic gleiche Feinheit gemahlener Steinkohlen-Koksstaub.
Ein Verfahren zur Gewinnung von Metall, insbesondere Eisen, aus Pellets oder Briketts zeichnet sich nach Anspruch 8 schließlich dadurch aus, daß die Pellets oder Briketts zusammen mit Stückkoks- und Kalkstein-Zuschlägen in einem futterlosen und wassergekühlten Schachtofen reduziert, das entstandene Eisenmetall aufgekohlt und zu flüssigem Gußeisen geschmolzen wird, wobei der Einsatz von Pellets oder Briketts bis zu 100 % betragen kann, vorzugsweise aber auf 60 bis 80 % eingestellt wird, während der Rest als Stahlschrott oder Roheisen zum Einsatz gelangt.
Für die Gießereiindustrie ist die Eisengewinnung aus selbstreduzierenden Pellets bzw. Briketts die wirtschaftlichste Methode, weil die sonst zur Gewinnung von Roheisen im Hochofen erforderliche Energie eingespart wird. Die innige Vermischung der beiden Hauptkomponenten (Eisenoxid und Reduktions-Kohlenstoff) in den Pellets oder Briketts macht es nämlich möglich, daß die direkte und indirekte Reduktion des Eisenoxids sowie das Erhitzen und Aufschmelzen in einem Zeitraum von weniger als 30 Minuten ablaufen kann, während hierfür im Hochofen eine Zeit von mindestens 4 oder 5 Stunden erforderlich wäre.
Vorteilhaft ist bei der Verwendung von Pellets oder Briketts auch die Flexibilität des Kupolofen-Betriebs. Eine Schmelzreise kann nämlich jederzeit unterbrochen werden. Bedarfsweise ist es aber andererseits auch möglich, den Kupolofen kontinuierlich über mehrere Wochen zu betreiben. Ein weiterer metallurgischer Vorteil liegt darin, daß in der Schmelzzone eine etwa um 200 bis 3000C höhere Temperatur erreicht wird, so daß unerwünschte Begleitelemente in besonders hohem Maße aus dem Eisen verflüchtigt werden.
Beim Eisengewinnungsverfahren kann dann mit einer sogenannten sauren Schlacke gearbeitet werden, wenn nur Grauguß hergestellt werden soll. Hingegen mußdie Schlacke eine Basizitätsziffer von > 0,9, vorzugsweise 1,2 bis 1,4 haben, wenn das Eisen als Roheisen für die Herstellung von Sphäroguß eingesetzt werden soll.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen von Agglomeraten, wie Pellets, oder Briketts, hoher Festigkeit aus einer Mischung von metalloxidischem Feinmaterial, wie Eisenoxid (Fe203) oder Pyritabbrand, mit Kohlenstaub, incbesondere Reduktions-Kohlenstoff, wie Braunkohlen- oder Steinkohlen-Koksstaub, sowie Zement und/oder Kalk als Bindemittel, bei welchem die Mischungspartner vor dem homogenen Mischen auf eine Kornfeinheit von kleiner als 100/Im, vorzugsweise < 65 um gebracht, nach dem Mischen pelletiert -oder brikettiert sowie anschließend unter Normaldruck (760 torr) und Normaltemperatur (10 bis 25°C)gelagert werden, dadurch gekennaeichnet, daß der Mischungsanteil von Zement und/oder Kalk, bezogen auf die Trockensubstanz, auf höchstens 10 % eingestellt und der Kohlenstoff-Mischungspartner mit einem Wasseranteil von bis zu 15 % eingesetzt wird, daß die Mischung innerhalb einer Zeit von weniger als 30 Minuten nach der Bindemittelzugabe pelletiert oder brikettiert und währenddessen auf einen erhöhten Wassergehalt zwischen 15 und 26 % gebracht wird, und daß schließlich die Pellets oder Briketts in Schichten unter einem Wetterschutz gestapelt und dabei an freier Luft über 3 bis 14 Tage, vorzugsweise 8 bis 9 Tage, ausgehärtet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metalloxidische Feinmaterial erst kurzzeitig vor der Pelletierung oder Brikettierung gemahlen wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Wasserzugabe von 8 bis 16 % beim Pelletieren und Brikettieren durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pellets oder Briketts bis zu einer Höhe von 1 m, vorzugsweise zwischen 0,25 und 0,30 m hoch, lose gestapelt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß zunächst Pellets oder Briketts von 5 bis 15 mm Durchmesser mit erhöhtem bzw. überwiegendem Kohlenstaubanteil hergestellt und vorgetrocknet werden, und daß dann diese Pellets oder Briketts als Kernmaterial unter Verwendung einer Normalmischung von Ausgangsstoffen auf einen Durchmesser von 25 bis 50 mm nachpelletiert oder -brikettiert werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Pellets oder Briketts vor dem Aufschichten oder Stapeln mit einem feinkörnigen Isolationsmaterial, z. B.

Kalksteinmehl, Sand und/oder feingranulierter Kohle oder auch Eisenoxid, wie z. B. Pyritabbrand, umhüllt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllmaterial mit einer Korngröße < 1,0 mm, vorzugsweise zu o,5 mm verwendet und wenigstens auf 2/3 der Pellet- oder Brikettoberfläche aufgebracht wird.
8. Verfahren zur Gewinnung von Metall, insbesondere Eisen, aus Pellets oder Briketts nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pellets oder Briketts zusammen mit Stückkoks-und Kalkstein-Zuschlägen in einem futterlosen und wassergekühlten Schachtofen reduziert und das entst0ßdene Eisen metall aufgekohlt sowie zu flüssigem Gußeisen geschmolzen wird, wobei der Anteil der Pellets bis zu 100 % beträgt, vorzugsweise aber auf 60 bis 80 % eingestellt und der Rest als Stahlschrott oder Roheisen beigefügt wird.