DE4042176A1 - Verfahren zur reduktion von metalloxiden im schmelzfluessigen zustand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schmelzreduktion von Metalloxiden, insbesondere von Eisenerzen, bei dem das Oxid im wesentlichen im flüssigen Zustand reduziert wird und die erforderliche Energie zum Ausgleich der Wärme­ bilanz des Prozesses durch die Zugabe kohlenstoffenthaltender Brennstoffe an die Schmelze und durch die Nachverbrennung der entstehenden Reaktionsgase, hauptsächlich CO und H₂, erzeugt wird.

Zwei Verfahren haben in der Entwicklung von Schmelzreduktionsprozessen besondere Bedeutung erlangt. Beim ersten Verfahren wird Eisenerz, vorteil­ hafterweise vorgewärmt und vorreduziert, in ein Eisenbad eingeblasen oder auf ein Eisenbad gegeben. Eingeblasene oder aufgegebene Kohle wird hauptsächlich in dem Eisenbad gelöst und das zugegebene Eisenerz wird zu flüssigem Eisen reduziert. Ein wichtiger Schritt bei diesem Verfahren besteht darin, daß die Reaktionsgase durch aufgeblasenen Sauerstoff oder sauerstoffenthaltende Gase, z. B. Heißluft, so nachverbrannt werden, daß ein erheblicher Teil der dabei entstehenden Energie an das Eisenbad übertragen wird. Eine bevorzugte Verfahrensvariante besteht darin, Kohle und Sauerstoff durch Bodendüsen in das Eisenbad einzublasen, wobei durch die heftige Reaktion im Eisenbad viele Eisenspritzer in den Gasraum geschleudert werden. In diese Zone wird ein Gas­ strahl eingeblasen, in den durch eingeblasene Heißluft Reaktionsgas einge­ saugt und verbrannt wird. Der Aufblasstrahl reagiert mit den Spritzern in dieser Zone, wobei ein wesentlicher Teil der Wärme übertragen wird. Gleich­ zeitig wird durch den Kontakt des oxidierten Gases mit den Metalltröpfchen das Gas wieder teilweise reduziert. Für eine möglichst hohe Ausnutzung der Energie des eingeblasenen Kohlenstoffes ist es wichtig, daß möglichst viel Energie aus der Nachverbrennung übertragen wird, ohne daß das Gas des Auf­ blasstrahles wieder stark reduziert wird. So gelingt es beispielsweise, etwa 90% der Energie an das Bad zu übertragen, wobei der Oxidationsgrad des Abgases bei etwa 60% liegt.

Bei der zweiten Verfahrensvariante wird die Rückreduktion des Aufblas­ strahles dadurch vermindert, daß mit einer sehr hohen Schlackenschicht auf dem Eisenbad gearbeitet wird. Der Aufblasstrahl kommt kaum noch mit den Eisentröpfchen in Berührung; Reaktionen zwischen Schlacke und oxidiertem Heiz­ strahl, die zu einer Rückreduktion des verbrannten Gases führen, sind auf Grund der möglichen metallurgischen Reaktionen kaum gegeben. Um Reaktionen mit Eisentröpfchen gering zu halten, wird bei diesem Verfahren die Boden­ blasrate stark reduziert. Im allgemeinen wird ein inertes Rührgas eingeleitet, während Kohle und Erz weitgehend auf die Schmelze, d. h. die Schlackenschicht chargiert werden. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die hohe Energiemenge, die bei Schmelzreduktionsprozessen gebraucht wird, nur schwer auf die Schlacke zu übertragen ist und dadurch hohe Abgastemperaturen ent­ stehen, die einerseits zu einem hohen Verschleiß der feuerfesten Zustellung und anderseits zu einem schlechten energetischen Wirkungsgrad führen.

Die vorliegende Erfindung vermeidet die Nachteile der beschriebenen Verfahren. Sie beinhaltet ein Verfahren zum Schmelzen und Reduzieren von oxidischen Verbindungen, insbesondere von Eisenerz, bei dem in einem Einschmelzgefäß das reduzierte Metall und die Schlacke so angesammelt werden, daß durch Düsen, die sich unterhalb des Badspiegels befinden, getrennt einerseits in das Metallbad und andererseits in die Schlackenschicht Gase oder Stoffe, die gasförmige Reaktionsprodukte liefern, eingeblasen und die Reaktionsgase im Gasraum so nachverbrannt werden, daß durch auf die Badoberfläche gerichtete Strahlen ein wesentlicher Teil der Nachverbrennungsenergie auf das Bad über­ tragen wird.

In Abb. 1 ist beispielhaft das Wesen der vorliegenden Erfindung schematisch erklärt:

In einem Einschmelzgefäß befindet sich ein Eisenbad (1) mit einer Schlacken­ schicht (2). Der Boden des Gefäßes ist so geformt, daß getrennte Bodendüsen unterhalb des Eisenbades (3) und unterhalb der Schlackenschicht (4) ange­ ordnet werden können. Erz und Kohle werden von oben auf die Schlacke auf­ gegeben. Die aus dem Bad austretenden Reaktionsgase, die im wesentlichen aus CO und H₂ bestehen, werden mit Sauerstoff oder Heißluft nachverbrannt, wobei die dabei entstehende Energie weitgehend an das Bad übertragen wird.

Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist es, daß in die Schlackenschicht Gase eingeleitet werden, die nicht oder nur in geringem Umfang durch das Eisenbad geleitet werden. Andererseits sollen die Gasmengen jedoch so hoch sein, daß aus der Schlackenzone genügend Schlackenspritzer in den Gasraum gelangen, damit eine entsprechend große freie Oberfläche geschaffen wird, die wichtig für die Energieübertragung ist. Eine bevorzugte Form von Rührgasen für die Schlackenschicht ist rezirkuliertes Prozeßgas, bei dem vorteilhafter­ weise die oxidischen Bestandteile CO₂ und H₂O durch bekannte Verfahren ent­ fernt werden.

Damit die aus dem flüssigen Reaktionsraum, also aus der Schlacke und aus dem Eisenbad austretenden Gase möglichst vollständig für den Reduktions­ prozeß ausgenutzt werden, ist es vorteilhaft, den oxidierenden Aufblasstrahl so zu gestalten, daß ein möglichst großer Teil der Reaktionsgase angesaugt, verbrannt und als heißer Strahl auf die erfindungsgemäß behandelte Schlackenschicht geblasen wird.

Unter bestimmten Bedingungen kann es erforderlich sein, daß ein wesentlicher Teil der Kohle- und Erzmenge in das Eisenbad durch Bodendüsen eingeblasen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch hierbei noch angewandt werden, wenn die beiden Reaktionsräume möglichst weit voneinander getrennt sind.

An folgendem Beispiel können die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich gezeigt werden:

In Abb. 2 sind die kennzeichnenden Daten des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es in Abb. 1 beschrieben wurde, eingetragen. Die angeführten Zahlen be­ ziehen sich auf 1 Tonne erzeugtes flüssiges Eisen. 1250 kg Erz (1) werden mit einer Temperatur von 800°C und annähernd zu FeO vorreduziert auf das aus flüssiger Schlacke (2) und flüssigem Eisen (3) bestehende Bad gebracht. Gleichzeitig werden 350 kg Kohle (4), die etwa 30% flüchtige Anteile hat, auf das Bad gegeben. Der Feinanteil des Erzes (5) (ca. 200 kg) und der Kohle (6) (ca. 80 kg) werden durch Düsen (7) in das Eisenbad gleichzeitig ge­ blasen. Gleichzeitig werden durch die Düsen (7) ca. 50 kg Feinstaub (8) aus der Abgasreinigung eingeblasen. 1450 Nm³ Heißluft (9) mit einer Temperatur von 1300°C werden so in den Gasraum geblasen, daß die Reaktionsgase ange­ saugt, verbrannt und der ca. 2500°C heiße Gasstrahl (10) auf die Zone der Schlackenspritzer (11) geleitet wird. Die unterhalb der Schlackenschicht einge­ leitete Gasmenge (12) soll etwa zwischen 30 und 300 Nm³ liegen. Vorteil­ hafterweise wird, wie bereits erwähnt, gereinigtes und aufbereitetes Pro­ zeßgas verwendet. Die optimale Gasmenge ist unter der jeweiligen Bedingung einzustellen.

Das Verfahren wird in einem mit ff-Material ausgekleideten Konverter (13) durchgeführt, der vorteilhafterweise um eine schräg gestellte Drehachse (14) bewegt werden kann.

Die Temperatur des flüssigen Bades beträgt ca. 1500°C, die Abgastemperatur ca. 1650°C. Der thermische Wirkungsgrad der Energieübertragung (2) aus der Nachverbrennung beträgt etwa 90%.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß mit hoher Heißwindtemperatur gearbeitet werden kann, ohne daß die Abgastempera­ tur unzulässig hoch werden. Wird beispielsweise die Heißlufttemperatur auf 1400°C erhöht, so wird der Kohleverbrauch um weitere 30 kg verringert. Ent­ sprechende Vorteile bringt auch eine zusätzliche Sauerstoffanreicherung des Heißwindes um ca. 3-5%.

Claims (3)

1. Verfahren zur Reduktion von Metalloxyden im schmelzflüssigen Zustand, bei dem das Oxyd im wesentlichen im flüssigen Zustand reduziert und die er­ forderliche Energie zum Ausgleich der Wärmebilanz des Prozesses durch die Zugabe kohlenstoffenthaltender Brennstoffe und durch die Nachverbren­ nung der entstehenden Reaktionsgase geliefert wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest ein Teil des Rührgases oder der Verbindungen, die gasförmig Reaktionsprodukte liefern, so eingeblasen wird, daß die Gase im wesentlichen nur die Schlackenschicht durchströmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachverbrennungsstrahl auf die Zone gerichtet wird, in der das Gas aus der Schlackenoberfläche aus­ tritt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Aufblas­ strahles so ausgelegt wird, daß an der Auftreffstelle das eingesaugte Reaktionsgas weitgehend vollständig verbrannt ist.