DE4314403A1 - Verfahren und Anlage zur Herstellung von mechanisch und thermisch stabilen, gasarmen Agglomeraten wie Briketts oder Pellets - Google Patents
Verfahren und Anlage zur Herstellung von mechanisch und thermisch stabilen, gasarmen Agglomeraten wie Briketts oder PelletsInfo
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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.
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DE19934314403 DE4314403A1 (de) | 1992-07-01 | 1993-04-30 | Verfahren und Anlage zur Herstellung von mechanisch und thermisch stabilen, gasarmen Agglomeraten wie Briketts oder Pellets |
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Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DEUTZ AKTIENGESELLSCHAFT, 51063 KOELN, DE |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |