DE3713883A1 - Verfahren zur herstellung von ferrochrom - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Ferrochrom mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,02 bis 10% durch thermische Reduktion von Pellets, die eisenhaltiges Chromerz, Kohle sowie ein Pelletiermittel enthalten, in einem Drehofen und anschließendes Erschmelzen des Ferrochroms aus den reduzierten Pellets in einem Schmelzofen.

Ferrochrom ist eine Legierung, die aus 20 bis 70% Chrom, 0,02 bis 10% Kohlenstoff und Rest Eisen sowie den üblichen Verunreinigungen besteht. Ferrochrom wird bei der Herstellung von Chromstählen als Vorlegierung verwendet. Der sehr häufig unerwünscht hohe Kohlenstoffgehalt der Ferrochromlegierungen kann durch Frischen der Legierungen oder durch Frischen des aus ihnen hergestellten Chromstahls herabgesetzt werden. Chromerze bestehen im allgemeinen aus 20 bis 50% Cr₂O₃, 10 bis 40% FeO und 10 bis 70% Gangart, wobei das Cr₂O₃ in sehr unterschiedlicher Menge als Chromeisenstein, FeO × Cr₂O₃, vorliegt. Die Reduktionseigenschaften der verschiedenen Chromerze werden maßgeblich durch ihren Gehalt an Chromeisenstein, MgO und SiO₂ bestimmt. Bei der Reduktion eisenhaltiger Chromerze mit Kohlenstoff wird Ferrochrom insbesondere nach der Gleichung FeO × Cr₂O₃ + 4 C = Fe + 2 Cr + 4 CO gebildet, wobei andere chromoxidhaltige Phasen entsprechend reduziert werden.

Es ist bekannt, daß Ferrochrom durch Schmelzreduktion (gleichzeitiges Reduzieren und Schmelzen) von eisenhaltigen Chromerzen mit Kohle erzeugt werden kann, wobei die Schmelzreduktion entweder mit einem stückigen Erz-Koks-Gemisch oder mit Erz-Pellets und Koks oder mit vorreduzierten Erz-Feinkoks-Pellets und Koks oder mit vorreduzierten Erz-Feinkoks-Pellets und Koks insbesondere im Niederschachtofen oder Elektroofen durchgeführt wird. Bei den bekannten Schmelzreduktionsverfahren muß die Gangart, die im Erz in großer Menge vorhanden ist, in Form flüssiger Schlacke abgetrennt werden, die wegen ihres merklichen Cr₂O₃-Gehalts einen hohen Schmelzpunkt hat. Daher müssen trotz Zusatz von Flußmitteln häufig Schmelztemperaturen von über 1750°C eingestellt werden, was zu einem unerwünscht hohen Energieverbrauch führt.

In der DE-PS 33 47 686 wird daher ein Verfahren zur Herstellung von Ferrochrom vorgeschlagen, bei dem der Schmelzvorgang unterhalb 1750°C abläuft und die Abtrennung des überwiegenden Teils der Gangart des Erzes vor dem Einschmelzen des mit Kohlenstoff reduzierten Erzes ohne Aufschmelzen der Gangart möglich ist. Bei diesem bekannten Verfahren ist vorgesehen, daß das Gemisch aus Chromerz, Kohle und Schlackebildnern im Drehofen für eine Zeit von 20 bis 240 Minuten in einer CO-haltigen Atmosphäre auf Temperaturen von 1480 bis 1580°C erhitzt wird, daß das dem Drehofen entnommene Reaktionsprodukt bis zu einem Teilchendurchmesser von weniger als 25 mm zerkleinert wird, daß das zerkleinerte Reaktionsprodukt durch Dichtetrennung und/oder Magnetscheidung in eine in den Drehofen zurückzuführende kohlehaltige Fraktion, mindestens eine metallhaltige schlackenreiche Fraktion und eine in einen Schmelzofen zu fördernde Legierungsfraktion getrennt wird und daß das Erschmelzen der Legierungsfraktion in einem Schmelzofen bei Temperaturen von 1600 bis 1700°C durchgeführt wird. Bei diesem Verfahren wird der Vorteil, nämlich die Abtrennung der Gangart vor dem Erschmelzen des Ferrochroms, durch einen erheblichen Nachteil, nämlich die Abkühlung des Drehofenaustrags vor der mechanischen Aufbereitung, erkauft.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine Heißchargierung des Drehofen-Austrags, insbesondere der reduzierten Pellets, in den Schmelzofen ermöglicht und daß trotz des im Reduktionsgut enthaltenen Gangartanteils ein störungsfreies Erschmelzen des Ferrochroms bei möglichst niedrigen Temperaturen zuläßt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in den zu reduzierenden Pellets 200 bis 500 g Kohle pro kg Chromerz vorhanden sind, wobei die Asche der Kohle einen Erweichungspunkt von 1200 bis 1400°C hat, daß als Pelletiermittel eine Mischung aus Stärke, SiO₂ und einer Base, vorzugsweise NaOH, verwendet wird, wobei pro kg Chromerz 30 bis 45 g Stärke, 5 bis 15 g der Base und 25 bis 75 g SiO₂ zur Anwendung kommen, daß die thermische Reduktion während 2 bis 5 Stunden bei 1200 bis 1400°C abläuft, wobei pro kg Pellets 200 bis 500 g nicht backende Kohle oder Koks in den Drehofen eingebracht werden, deren bzw. dessen Asche einen Erweichungspunkt hat, welcher 50 bis 100°C über der maximalen Reduktionstemperatur liegt, daß der Drehofen-Austrag durch Heißchargierung in den Schmelzofen eingebracht wird und daß das Erschmelzen bei 1600 bis 1700°C erfolgt. Zur thermischen Reduktion werden also zwei verschiedene Kohlearten verwendet, wobei eine Kohle bereits in den Pellets enthalten ist und die andere Kohle die Pellets im Drehofen abdeckt bzw. mit den Pellets im Drehofen gemischt ist.

Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß im Drehofen durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Pelletiermittels und der erfindungsgemäßen Kohlearten harte, reduzierte Pellets erzeugt werden können, die eine Festigkeit von 20 bis 70 kg pro Pellet besitzen. Während der thermischen Reduktion werden 80 bis 90% der Oxide des Chroms und Eisens reduziert, wobei wiederum 90 bis 95% der reduzierten Metalle Chrom und Eisen als Carbide vorliegen. Die Pellets enthalten daher 5 bis 8% Kohlenstoff, der carbidisch gebunden ist. Durch den hohen Carbidanteil sind die reduzierten Pellets bis 500°C unempfindlich gegen Reoxidation. Es ist ferner vorteilhaft, daß die reduzierten Pellets im Drehofen nicht erweichen, was auf den hohen Carbidanteil und die Beschaffenheit der in den Pellets enthaltenen Kohle zurückgeführt wird. Schließlich hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß der Drehofen-Austrag trotz des hohen Carbidanteils bei 1600 bis 1700°C eingeschmolzen werden kann. Dies wird darauf zurückgeführt, daß der carbidisch gebundene Kohlenstoff während des Schmelzvorgangs weitgehend durch die Restreduktion der noch in den Pellets vorhandenen Eisen- und Chromoxidanteile verbraucht wird. Zur Durchführung der thermischen Reduktion ist ein Drehrohrofen besonders gut geeignet, während der Einschmelzvorgang vorteilhaft in einem Elektroofen durchgeführt werden kann.

Nach der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, wenn die reduzierten Pellets aus dem Drehofen-Austrag durch Heißabsiebung abgetrennt und unmittelbar anschließend durch Heißchargierung in den Schmelzofen eingebracht werden. Durch diese Maßnahme wird die Schmelzarbeit erheblich vermindert. Bei der Heißchargierung und der Heißabsiebung ist darauf zu achten, daß diese Arbeitsgänge unter Ausschluß von Luftsauerstoff durchgeführt werden.

Der Pelletiervorgang läuft auf einem Pelletierteller oder in einer Pelletiertrommel ab. Er kann besonders störungsfrei durchgeführt werden, wenn die zu pelletierenden Stoffe zu 60 bis 75% eine Teilchengröße von kleiner 0,045 mm und zu 40 bis 25% eine Teilchengröße von 0,045 bis 1 mm haben. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Herstellung der Pellets unter Zugabe von 12 bis 20% Wasser, bezogen auf die zu pelletierende Mischung, erfolgt und daß die Pellets einen Durchmesser von 6 bis 16 mm, vorzugsweise 8 bis 10 mm, haben.

Nach der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, wenn die Pellets vor der thermischen Reduktion in einem dem Drehofen vorgeschalteten Trockner bei 100 bis 400°C während 20 bis 45 Minuten getrocknet werden. Durch diese Trocknung erhalten die Pellets eine Festigkeit von 4 bis 5 kg pro Pellet. Diese Festigkeit bewirkt, daß insbesondere während des Beginns der thermischen Reduktion kein nennenswerter Abrieb entsteht. Nach der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn der Teilchendurchmesser der nicht backenden Kohle und des Kokses 0,5 bis 5 mm beträgt, wobei 60 bis 80% der nicht backenden Kohle bzw. des Kokses mit den Pellets vor dem Eintrag in den Drehofen gemischt und 20 bis 40% dieser Kohle bzw. dieses Kokses durch Einblasen oder Einschleudern in den Drehofen eingebracht werden. Mit diesen Verfahrensmaßnahmen wird erreicht, daß die Kohleteilchen, die bei der thermischen Reduktion nicht oder nur teilweise verbraucht werden, leicht von den reduzierten Pellets abgetrennt werden können und daß eine gute Abdeckung der zu reduzierenden Pellets mit Kohle erfolgt.

Schließlich ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders erfolgreich durchführbar, wenn bei der Heißabsiebung 3 Kornfraktionen erzeugt werden, wobei die Pelletfraktion mit einem Teilchendurchmesser größer 6 mm in den Schmelzofen gelangt, während die Kohlefraktion mit einem Teilchendurchmesser von 0,1 bis 5 mm in den Drehofen und die Feinkornfraktion mit einem Teilchendurchmesser kleiner 0,1 mm in die Pelletiervorrichtung zurückgeführt werden. Es wurde gefunden, daß der Drehofenaustrag zu ca. 95% aus der Pelletfraktion, zu ca. 3% aus der Kohlefraktion und zu ca. 2% aus der Feinkornfraktion besteht. Wenn die Feinkornfraktion einen Aschegehalt von mehr als 70% hat, ist nach der Erfindung vorgesehen, daß die Feinkornfraktion auf Raumtemperatur abgekühlt und einer Magnetscheidung unterworfen wird. Hierdurch gelangt nur der magnetische Teil der Feinkornfraktion in die Pelletiervorrichtung.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Zur Herstellung von Ferrochrom wurde ein Chromiterz verwendet, das folgende Zusammensetzung hatte:

Fe (gesamt)20,6% Cr31,6% V 0,22% Ni 0,12% TiO₂ 0,68% SiO₂ 0,55% Al₂O₃15,4% CaO 0,1% MgO 9,2%

Das Chrom liegt hier hauptsächlich als (MgFe)(CrAl)₂O₄, Magnesium-Chrom-Spinell, und zu einem geringen Teil als FeO × Cr₂O₃ vor. Dieses Erz wurde fein aufgemahlen, so daß es die erfindungsgemäße Teilchengröße aufwies. Anschließend wurden das Pelletiermittel sowie die Kohle zugegeben. Im Pelletiermittel wurde SiO₂ verwendet, das besonders feinkörnig und aktiv war. Die aus der Mischung unter Zusatz von ca. 15% Wasser hergestellten Grünpellets hatten einen Durchmesser von 8 bis 10 mm.

Zur Durchführung der thermischen Reduktion wurde ein Drehrohrofen verwendet, der vom Ofenausgang im Gegenstrom mit einem Mantelbrenner beheizt wurde. Die Reduktionstemperatur betrug 1250 bis 1300°C, und die Reduktionszeit lag bei ca. 4 Stunden. Die reduzierten Pellets wurden aus dem Ofenaustrag heiß abgesiebt und durch Heißchargierung in einen Elektroofen eingebracht. Die bei der Heißabsiebung anfallende Kohlefraktion wurde dem Drehrohrofen zugeführt, und die bei der Heißabsiebung erzeugte Feinkornfraktion gelangte nach Abkühlung in einen Magnetscheider, wo 92% Asche abgetrennt wurden. Der magnetische Teil der Feinkornfraktion gelangte dann in die Pelletiervorrichtung. Im Elektroofen wurde eine Schmelztemperatur von ca. 1650°C aufrechterhalten. Das erzeugte Ferrochrom hatte einen Kohlenstoffgehalt von 7,5%, und die Ausbeute an Chrom und Eisen betrug über 90%.

Alle in % gemachten Angaben sind Gewichts-Prozente.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von Ferrochrom mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,02 bis 10% durch thermische Reduktion von Pellets, die eisenhaltiges Chromerz, Kohle sowie ein Pelletiermittel enthalten, in einem Drehofen und anschließendes Erschmelzen des Ferrochroms aus den reduzierten Pellets in einem Schmelzofen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Pellets 200 bis 500 g Kohle pro kg Chromerz vorhanden sind, wobei die Asche der Kohle einen Erweichungspunkt von 1200 bis 1400°C hat, daß als Pelletiermittel eine Mischung aus Stärke, SiO₂ und einer Base, vorzugsweise NaOH, verwendet wird, wobei pro kg Chromerz 30 bis 45 g Stärke, 5 bis 15 g der Base und 25 bis 75 g SiO₂ zur Anwendung kommen, daß die thermische Reduktion während 2 bis 5 Stunden bei 1200 bis 1400°C abläuft, wobei pro kg Pellets 200 bis 500 g nichtbackende Kohle oder Koks in den Drehofen eingebracht werden, deren bzw. dessen Asche einen Erweichungspunkt hat, welcher 50 bis 100°C über der maximalen Reduktionstemperatur liegt, daß der Drehofen-Austrag durch Heißchargierung in den Schmelzofen eingebracht wird und daß das Erschmelzen bei 1600 bis 1700°C erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierten Pellets aus dem Drehofen-Austrag durch Heißabsiebung abgetrennt und unmittelbar anschließend durch Heißchargierung in den Schmelzofen eingebracht werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu pelletierenden Stoffe zu 60 bis 75% eine Teilchengröße von <0,045 mm und zu 25 bis 40% eine Teilchengröße von 0,045 bis 1 mm haben.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Pellets unter Zugabe von 12 bis 20% Wasser, bezogen auf die zu pelletierende Mischung, erfolgt und daß die Pellets einen Durchmesser von 6 bis 16 mm, vorzugsweise 8 bis 10 mm, haben.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pellets vor der thermischen Reduktion in einem dem Drehofen vorgeschalteten Trockner bei 100 bis 400°C während 20 bis 45 Minuten getrocknet werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilchendurchmesser der nichtbackenden Kohle und des Kokses 0,5 bis 5 mm beträgt, wobei 60 bis 80% der nichtbackenden Kohle bzw. des Kokses mit den Pellets vor dem Eintrag in den Drehofen gemischt und 20 bis 40% dieser Kohle bzw. dieses Kokses durch Einblasen oder Einschleudern in den Drehofen eingebracht werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Heißabsiebung drei Kornfraktionen erzeugt werden, wobei die Pelletfraktion mit einem Teilchendurchmesser <6 mm in den Schmelzofen gelangt, während die Kohlefraktion mit einem Teilchendurchmesser von 0,1 bis 5 mm in den Drehofen und die Feinkornfraktion mit einem Teilchendurchmesser < 0,1 mm in die Pelletiervorrichtung zurückgeführt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinkornfraktion auf Raumtemperatur abgekühlt und einer Magnetscheidung unterworfen wird.