DE4314403A1 - Verfahren und Anlage zur Herstellung von mechanisch und thermisch stabilen, gasarmen Agglomeraten wie Briketts oder Pellets - Google Patents

Description

Die Erfindung ist auf ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von me­ chanisch und thermisch stabilen, gasarmen Agglomeraten wie Briketts oder Pellets für die Verwendung als Einsatzstoff bei metallurgischen Prozessen oder als Brennstoff, bestehend aus Mischungen aus feinkörnigen mineralischen Fest­ stoffen wie beispielsweise Erze oder Erzaufbereitungsprodukte, Quarzsand, Reaktionsmittel, Kohlenstoffträger wie Kohle, Koks, Petrolkoks, getrockneter Klärschlamm oder dergleichen unter Zugabe eines thermoplastischen Bindemit­ tels, wie beispielsweise Bitumen oder Teerpech, oberhalb dessen Erweichungs­ temperatur die mineralischen Feststoffe vermischt und agglomeriert werden und die Agglomerate einer thermischen Nachbehandlung zur Austreibung der flüchtigen Bestandteile des Bindemittels und/oder der mineralischen Feststoffe in einem aus mineralischen Feststoffen gebildeten feinkörnigen Tauchbett eines Drehrohrofens unterzogen werden, gerichtet.

Bei einem aus der DE-OS 37 24 541 bekannten Verfahren zur Herstellung von Rohstoffbriketts für die Erzeugung von Silizium oder von Siliziumkarbid oder von Ferrosilizium im Elektroniederschachtofen werden aus Quarzsand, einem Kohlenstoffträger und einem bituminösen Bindemittel Vorformlinge geformt und diese in einem Drehrohrofen, in dem sich ein Quarzsand-Tauchbett befin­ det, einer thermischen Behandlung unterworfen. Die thermische Behandlung der Vorformlinge erfolgt bei einer Temperatur bis zu 500°C weitgehend bei Luftabschluß mit dem Ziel, eine möglichst weitgehende Entgasung und Ver­ schwelung des bituminösen Bindemittels und der weiteren Kohlenstoffträger in den Vorformlingen durchzuführen.

Der Quarzsand des Quarzsand-Tauchbettes wird mit den fertigen Rohstoffbri­ ketts aus dem Drehrohrofen ausgetragen, von den fertigen Rohstoffbriketts ge­ trennt und dann zumindest teilweise im heißen Zustand in den Drehrohrofen zurückgeführt und teilweise zur Herstellung der Vorformlinge verwendet.

Wie der DE-OS 37 24 541 weiter zu entnehmen ist, soll der Quarzsand des Quarzsand-Tauchbettes im statistischen Mittel etwa dreimal in den Drehrohr­ ofen rezirkuliert werden, bevor er zur Herstellung der Vorformlinge verwendet wird. Die Menge an Quarzsand, die dem Quarzsand-Tauchbett zur Herstellung der Vorformlinge entnommen wird, wird als frischer Quarzsand gemeinsam mit den Vorformlingen dem Drehrohrofen wieder zugeführt.

Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren ist, daß vor der Verwendung des rezirkulierten Quarzsandes zur Herstellung der Vorformlinge eine Bestimmung der chemischen Zusammensetzung des Quarzsandes erfolgen muß, da dieser durch Abrieb und Bruch der Vorformlinge mit Kohlenstoff in unterschiedlicher Menge verunreinigt sein kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anlage zu schaffen, mit der bei Nutzung des bekannten Verfahrens und Vermeidung der oben geschil­ derten Nachteile die Herstellung mechanisch und thermisch stabiler gasarmer Agglomerate in einfacher und betriebssicherer Weise durchgeführt werden kann, wobei die Qualität der nach diesem Verfahren hergestellten gasarmen Agglomerate einen Einsatz dieser Agglomerate, beispielsweise für Reduk­ tionsprozesse in Hochöfen, Kupolöfen und Elektroöfen sowie in der Nicht- Eisenhüttenindustrie in Schachtölen und Elektroöfen, ohne Einschränkung ge­ stattet und die nach diesem Verfahren hergestellte Kohlenstoffagglomerate mit der Qualität üblicher Kokse wie beispielsweise Gießereikoks vergleichbar sind.

Die gestellte Aufgabe wird verfahrensmäßig mit den Maßnahmen des Kenn­ zeichnungsteils des Anspruchs 1 und anlagenmäßig mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 7 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Einen günstigen Einfluß auf den Ablauf metallurgischer Reaktionen oder auf einen Verbrennungsvorgang kann sich dadurch auswirken, daß einige oder alle Stoffe, die als Reaktionspartner zur Anwendung können, innig miteinander vermischt und in engem Kontakt miteinander in Form von Agglomeraten in den metallurgischen Prozeß oder in den Verbrennungsprozeß eingebracht werden. Für einen ungestörten Ablauf der Reaktionen ist es insbesondere wichtig, daß die für die Reaktion erforderliche stöchiometrische Zusammensetzung der Re­ aktionsmischung konstant eingehalten wird und keine störenden und uner­ wünschten Bestandteile in die Reaktionsmischung gelangen.

Bei der Herstellung der Agglomerate nach den aus der DE-OS 37 24 541 be­ kannten Verfahren ist eine unveränderte Zusammensetzung der Agglomerate bei Verwendung von Feststoffen des Tauchbettes nur nach einem aufwendigen chemischen Analyseverfahren des Tauchbettes möglich, was insbesondere bei einer kontinuierlichen Herstellung von Agglomeraten schwierig durchzuführen ist.

Durch die Maßnahme gemäß der Erfindung, das feinkörnige Tauchbett aus den gleichen mineralischen Stoffen zu bilden, die auch für die Herstellung der Ag­ glomerate verwendet werden, wobei auch die chemische Zusammensetzung von Tauchbett und Agglomerate einander entsprechen, können ohne aufwendige chemische Analytik Teilmengen des Tauchbettes zur Herstellung der Agglo­ merate verwendet werden.

Erreicht wird diese Übereinstimmung der chemischen Zusammensetzung des Tauchbettes mit den Agglomeraten dadurch, daß gemäß der Erfindung dem Drehrohrofen keine "frischen" mineralischen Stoffe zugeführt werden, sondern nur rezirkulierte Tauchbettmengen sowie frische Agglomerate, und die "frischen" mineralischen Stoffe ausschließlich der Ausgangsmischung für die Herstellung frischer Agglomerate zugeführt werden. Der bei der thermischen Behandlung der Agglomerate anfallende Abrieb sowie Agglomeratbruch führt somit nicht zu einer Veränderung der chemischen Zusammensetzung des Tauchbettes, da Tauchbett und Agglomerate einander entsprechen. Bei einem mengenmäßigen Anstieg des Tauchbettes kann eine Tauchbetteilmenge, ohne die Zusammensetzung der Agglomerate zu verändern, zur Herstellung der Ag­ glomerate verwendet werden. Neben der Nutzung des Wärmeinhalts dieser Teilmenge zur Aufheizung der Agglomeratmischung wirkt sich auf die spätere Entgasung der Agglomerate positiv aus, daß diese Teilmenge bereits einmal im Drehrohrofen entgast wurde.

Zur Rezirkulierung des Tauchbettes wird das am Drehrohrofenende ausgetra­ gene, aus Agglomeraten, aus Agglomeratbruch und aus feinkörnigen Tauchbett­ feststoffen bestehende gesamte Material durch eine Siebeinrichtung so aufge­ trennt, daß verwertbare Agglomerate, beispielsweise Agglomerate größer als 20 mm (Grobprodukt), ein Mittelprodukt beispielsweise in der Körnung 20 bis 2 mm und ein Feinprodukt in der Körnung beispielsweise kleiner 2 mm erhal­ ten wird. Der Anteil kleiner 2 mm kann nun direkt wieder dem Drehrohrofen oder zur Herstellung der Agglomerate dem Mischer zugeführt werden, während das Mittelprodukt zunächst einer Zerkleinerung zugeführt werden muß.

Bei dem aus der DE-OS 37 24 451 bekannten Verfahren entspricht die Entga­ sung der Vorformlinge einer Pyrolyse, bei der nur die flüchtigen Bestandteile freigesetzt werden, die sich bis 500°C verflüchtigen lassen, so daß die aus dem Drehrohrofen austretenden Briketts noch restliche flüchtige Bestandteile enthal­ ten, was ihre spätere Verwendung z. B. im Hinblick auf den Einsatz in metal­ lurgische Prozesse stark einschränkt. Weiterhin ist bei einer Ofentemperatur von ca. 500°C ein vollständiger Abbrand der freigesetzten Gase nicht gewähr­ leistet, so daß eine aufwendige Gasreinigung der aus dem Ofen austretenden Gase erfolgen muß.

Durch den erfindungsgemaßen Betrieb des Drehrohrofens bei einer Tempera­ turhöhe von 500 bis 1000°C - gemessen im Tauchbett in der Mitte des Dreh­ rohrofens - und einem ausreichenden Sauerstoffgehalt der Ofengase (am Ofen­ eintritt ein Sauerstoffpartialdruck von maximal 0,2 atm, am Ofenaustritt noch 0,1 bis 0,02 atm.) wird erreicht, daß das aus einem Kohlenstoffträger gebildete Tauchbett mit dem Ofengas in einem Reaktionsaustausch tritt. Dieser Reak­ tionsaustausch verhindert wegen der vom feinkörnigen Tauchbett angebotenen großen Oberfläche (im Verhältnis zur Oberfläche der Agglomerate) sowie den im Tauchbett herrschenden reduzierenden Bedingungen - nur oberhalb des Tauchbetts ist Oxidation (Verbrennung) möglich - einen Abbrand der Agglome­ rate. Die zur Aufrechterhaltung der Ofentemperatur erforderliche Verbrennung geschieht ausschließlich oberhalb des Tauchbetts durch Verbrennung der aus­ getriebenen flüchtigen Bestandteile aus den Agglomerate sowie durch Verbren­ nungsreaktionen an der Oberfläche des Tauchbetts selbst.

Durch die hohe Behandlungstemperatur sowie der den Eigenschaften der einge­ setzten mineralischen Feststoffe angepaßten Verweilzeit der Agglomerate im Tauchbett - die Verweilzeit ist einstellbar durch Länge, Neigung und Drehzahl des Drehrohrofens - ist es möglich, bei Kohlenstoffagglomeraten völlig entgaste Agglomerate mit Koksqualitätsmerkmalen von Koksen bekannter Verfahren zu erzeugen.

Durch das erfindungsgemäß hohe Sauerstoffangebot im Drehrohrofen wird ein völlig ausreagiertes Ofenabgas erhalten, das eine Nachreinigung überflüssig macht. Da auch bei diesen hohen Temperaturen, insbesondere bei Einsatz von getrocknetem Klärschlamm als Kohlenstoffträger, noch Dioxine gebildet werden können, ist erfindungsgemäß jedoch vorgesehen, daß das den Drehrohrofen verlassende Drehrohrofengas einer Nachverbrennung zugeführt wird, wobei der Wärmeinhalt der so erhaltenen Abgase zur Aufheizung der Verbrennungsluft für den Drehrohrofen genutzt wird.

Die Steuerung des Sauerstoffpartialdrucks erfolgt über die gesamte Ofenlänge, so daß gewährleistet ist, daß die Verbrennung an jeder Stelle des Ofens so ab­ läuft, daß keine Fremdenergie zugeführt werden muß (nur Stützbrenner sind erforderlich) und ein vollständiger Abbrand der austretenden flüchtigen Be­ standteile erfolgt. Ziel der Steuerung des Sauerstoffpartialdrucks ist auch, am Ofenende keine Verbrennung mehr zu ermöglichen, so daß hier dieser Teil des Ofens zur Kühlung der Agglomerate verwendet werden kann.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Erläuterungen zu einem in einer Zeichnungsfigur schema­ tisch dargestellten Verfahrensschema einer beispielhaften Anlage gemäß der Erfindung.

Die zu kompaktierenden mineralischen Feststoffe (9) werden zunächst in eine Aufbereitungsanlage (10) auf die erforderliche Korngröße zerkleinert, bei­ spielsweise auf kleiner 1 mm, miteinander vermischt und auf die für die Kom­ paktierung benötigte Temperatur, die oberhalb des Erweichungspunktes des verwendeten thermoplastischen Bindemittels liegt, aufgewärmt. Die vorge­ wärmte Mischung wird nun einem Mischer (11) zugeführt, in der über eine Leitung (12) das thermoplastische Bindemittel, beispielsweise Bitumen oder Teerpech, eingespeist und mit den mineralischen Feststoffen vermischt wird. Der Austrag des Mischers (11) ist mit einer Agglomerationsvorrichtung (12) verbunden, in der die aus dem Mischer ausgetragene Mischung agglomeriert wird. Die Agglomerationsvorrichtung kann beispielsweise eine Walzenbrikett­ presse oder eine Vorrichtung zur Herstellung von Pellets sein.

Die in der Agglomerationsvorrichtung (12) hergestellten Agglomerate gelangen unmittelbar über eine Eintragsvorrichtung in den Drehrohrofen (13), der als Gleichstromofen ausgebildet ist. Abrieb und Fehlausträge der Agglomeration werden gleichfalls dem Drehrohrofen (13) zugeführt. In diesen Drehrohr­ ofen (13), der ein bis ca. 1000°C heißes feinkörniges Tauchbett aus den glei­ chen mineralischen Feststoffen und in der gleichen chemischen Zusammenset­ zung wie die hergestellten Agglomerate enthält, werden die Agglomerate einer thermischen Behandlung unterzogen, wobei flüchtige Bestandteile der Agglo­ merate freigesetzt und im Drehrohrofen verbrannt werden. Die für die thermi­ sche Behandlung erforderliche thermische Energie wird dem Drehrohrofen über einen Stützbrenner (14), durch die Zuführung von vorgewärmter Verbren­ nungsluft (15) und durch die Verbrennung der freigesetzten flüchtigen Bestand­ teile aus den Agglomeraten zugeführt.

Die den Drehrohrofen (13) zugeführten Agglomerate wandern infolge der Dre­ hung und Neigung des Drehrohrofens (13) gemeinsam mit dem feinkörnigen Tauchbett im Gleichstrom mit den Drehrohrofengasen zum Austragsende des Drehrohrofens, wo Agglomerate und Tauchbett ausgetragen und einer Siebvor­ richtung (16) zugeführt werden. In dieser Siebvorrichtung (16) wird der Dreh­ rohrofenaustrag bei zwei Trennkorngrößen getrennt, beispielsweise bei 20 mm und bei 2 mm, wobei drei Produkte erhalten werden:

• - ein Grobprodukt (17) mit einer Korngröße von größer 20 mm, das aus den verwertbaren Agglomeraten besteht;
• - ein Mittelprodukt mit einer Korngröße von 2 bis 20 mm, das aus grobkörnigem Agglomeratbruch besteht;
• - ein Feinprodukt mit einer Korngröße von kleiner 2 mm, das aus dem feinkörnigen Tauchbett und feinkörnigem Agglomeratbruch besteht.

Das die verwertbaren Agglomerate enthaltende Grobprodukt (17) wird aus der Anlage herausgeführt, das Feinprodukt (18) kann direkt über eine Leitung (21) dem Drehrohrofen (13) zur Bildung des Tauchbettes wieder zugeführt werden. Im Bedarfsfall kann dieses Feinprodukt (18) auch als ein gesondertes Fertig­ produkt (19) aus der Anlage ausgetragen werden, hierzu ist dann vorher eine Kühlung in einer Kühlvorrichtung (20) erforderlich.

Weiterhin ist es möglich, das Feinprodukt (18) über eine Leitung (22) dem Mischer (11) zuzuführen, wenn es zur Herstellung der Agglomerate verwendet werden soll. Das in der Siebanlage (16) abgetrennte Mittelprodukt (23) wird zunächst in einer Zerkleinerungseinrichtung (24) auf beispielsweise kleiner als 2 mm zerkleinert und dann in die Leitung (21) für das Feinprodukt (18) einge­ speist. Es ist aber auch möglich, dieses Mittelprodukt direkt über eine Lei­ tung (25) wieder der Aufbereitung zuzuführen.

Die den Drehrohrofen (13) am Austragsende verlassenden Drehrohrofengase werden zunächst in einer Nachverbrennungseinrichtung (26) mit Hilfe eines Brenners (27) nochmals thermisch behandelt, um noch im Gas enthaltene brennbare Bestandteile, insbesondere gebildetes Dioxin zu verbrennen. Die Wärmeenergie des so weiter aufgeheizten Drehrohrofengases wird dann in einer Wärmetauscheinrichtung (28) zur Aufheizung von Frischluft (29) benutzt, die dann als vorgewärmte Verbrennungsluft (15) dem Drehrohrofen (13) zuge­ führt wird. Das durch die Wärmetauscheinrichtung (28) abgekühlte Drehrohr­ ofengas wird anschließend in einer Entstaubungseinrichtung (31) entstaubt; das gereinigte Gas wird aus der Anlage abgeführt, der abgetrennte Staub wird über eine Leitung (30) zur Aufbereitung (10) zurückgeführt.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von mechanisch und thermisch stabilen, gas­ armen Agglomeraten wie Briketts oder Pellets für die Verwendung als Einsatzstoff bei metallurgischen Prozessen oder als Brennstoff, bestehend aus Mischungen aus feinkörnigen mineralischen Feststoffen wie bei­ spielsweise Erze oder Erzaufbereitungsprodukte, Quarzsand, Reaktions­ mittel, Kohlenstoffträger wie Kohle, Koks, Petrolkoks, getrockneter Klär­ schlamm oder dergleichen unter Zugabe eines thermoplastischen Binde­ mittels, wie beispielsweise Bitumen oder Teerpech, oberhalb dessen Er­ weichungstemperatur die mineralischen Feststoffe vermischt und agglo­ meriert werden und die Agglomerate einer thermischen Nachbehandlung zur Austreibung der flüchtigen Bestandteile des Bindemittels und/oder der mineralischen Feststoffe in einem aus mineralischen Feststoffen gebildeten feinkörnigen Tauchbett eines Drehrohrofens (13) unterzogen werden, da­ durch gekennzeichnet, daß

• a) das Tauchbett aus den gleichen mineralischen Feststoffen gebildet ist, die auch zur Agglomerat-Bildung verwendet werden und wobei die chemische Zusammensetzung des Tauchbettes am Ende des Dreh­ rohrofens (13) der chemischen Zusammensetzung der Agglomerate bei ihrem Austrag aus dem Drehrohrofen (13) entspricht;
• b) am Austragsende des Drehrohrofens (13) die entgasten Agglomerate und die das Tauchbett bildenden mineralischen Feststoffe aus dem Drehrohrofen zusammen abgezogen werden, die Agglomerate von den mineralischen Feststoffen abgetrennt und eine Teilmenge der minera­ lischen Feststoffe, gegebenenfalls nach Zerkleinerung, der zu kom­ paktierenden Ausgangsmischung zugeführt, und die verbleibende Restmenge im geschlossenen Kreislauf in den Drehrohrofen (13) zu­ rückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Nachbehandlung in einem Temperaturbereich - in der Mitte des Dreh­ rohrofens (13) im Tauchbett gemessen - von 500 bis 1000°C und bei einem Sauerstoffpartialdruck der Drehrohrofengase bei Ofeneintritt von maximal 0,2 atm. und bei Ofenaustritt von 0,1 bis 0,02 atm. erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffpartialdruck der Ofengase so geregelt wird, daß im Bereich des Ofenaustrags keine Verbrennung mehr stattfindet und dieser Teil des Ofens somit der Kühlung der Briketts dient.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasführung im Drehrohrofen (13) nach dem Gleichstromprinzip durchge­ führt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrohrofengase nach Austritt aus dem Drehrohrofen (13) in einer Nachverbrennungseinrichtung (26) nachverbrannt und ihr Wärmeinhalt in einer Wärmetauschereinrichtung (28) zur Aufheizung der Verbrennungs­ luft für den Drehrohrofen (13) genutzt werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Agglomerate eine Größe bis 100 cm/³ ha­ ben.

7. Anlage zur Herstellung von mechanisch und thermisch stabilen, gasarmen Agglomeraten wie Briketts oder Pellets für die Verwendung als Einsatz­ stoff bei metallurgischen Prozessen oder als Brennstoff, bestehend aus Mi­ schungen aus feinkörnigen mineralischen Feststoffen wie Erze oder Erz­ aufbereitungsprodukte, Quarzsand, Reaktionsmittel, Kohlenstoffträger wie Kohle, Koks, Petrolkoks, getrockneter Klärschlamm oder dergleichen unter Zugabe eines thermoplastischen Bindemittels, wie beispielsweise Bitumen oder Teerpech, oberhalb dessen Erweichungstemperatur die mi­ neralischen Feststoffe vermischt und agglomeriert werden und die Agglo­ merate einer thermischen Nachbehandlung zur Austreibung der flüchtigen Bestandteile des Bindemittels und/oder der mineralischen Feststoffen in einem aus mineralischen Feststoffen gebildetem feinkörnigen Tauchbett eines Drehrohrofens (13) unterzogen werden, insbesondere zur Durchfüh­ rung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, mit einer Einrichtung zum Aufheizen (10) und Mischen (11) der feinkörnigen mineralischen Feststoffe, einer Agglomeriereinrichtung (12), einem Drehrohrofen (13) mit einem feinkörnigen Tauchbett aus minerali­ schen Feststoffen zur thermischen Nachbehandlung der Agglomerate und einer Siebeinrichtung (16) zur Absiebung der aus dem Drehrohrofen (13) ausgetragenen Agglomerate von den mitausgetragenen mineralischen Feststoffen des Tauchbettes, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Drehrohrofen (13) bis auf eine Temperatur des Tauchbettes von 1000°C bei einem Sauerstoffpartialdruck der Drehrohrofengase bei Ofeneintritt von maximal 0,2 atm. und bei Ofenaustritt von 0,1 bis 0,02 atm. aufheizbar ist, und daß der Drehrohrofen (13) gasseitig mit einer Nachverbrennungseinrichtung (26) für die Drehrohrofengase verbunden ist;
• b) die Siebeinrichtung (16) den Drehrohrofenaustrag in drei Produkte trennt:
• - in ein Grobprodukt (17), das die weiter verwertbaren Agglomerate enthält;
• - in ein Mittelprodukt (23), das aus Agglomeratbruch besteht;
• - in ein Feinprodukt (18), das aus den mineralischen Feststoffen des Tauchbettes und aus Agglomeratbruch besteht.