DE4437549A1

DE4437549A1 - Thermal treatment of iron ore to convert it into metallic iron@

Info

Publication number: DE4437549A1
Application number: DE4437549A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Bresser; Martin Dr Hirsch; Alpaydin Dr Saatci
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: MG Technologies AG
Priority date: 1994-10-20
Filing date: 1994-10-20
Publication date: 1996-04-25
Anticipated expiration: 2014-10-21
Also published as: DE4437549C2; MY115972A; AU3430695A; AU690737B2; TW297049B; ZA958896B; BR9504492A

Abstract

Method of converting iron ore into metallic iron consists of converting fine particle of ore into particles of 0.1-5 mm by adding a binder followed by drying. The dried particles are then heat treated at 700-1100 deg C in a fluidised bed process to convert them into metallic iron.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von feinkörnigem Eisenerz und zur Umsetzung des thermisch behandelten Eisenerzes zum metallischen Eisen. Unter dem Begriff "metallisches Eisen" werden entsprechend der Erfindung metallisches Eisen in Form von Eisenschwamm und Fe₃C, in dem das Eisen in der Wertigkeitsstufe 0 vorliegt, sowie Mischungen aus metallischem Eisen und Fe₃C verstanden.The present invention relates to a method for thermal treatment of fine-grained iron ore and to Implementation of the thermally treated iron ore for metallic iron. Under the term "metallic Iron "become metallic according to the invention Iron in the form of sponge iron and Fe₃C, in which the iron in the value level 0, as well as mixtures of understood metallic iron and Fe₃C.

Die Direktreduktion von Eisenerz hat sich in der Wirbelschicht sehr gut bewährt. Ein besonders effektives Verfahren ist aus der EP-PS 0 255 180 bekannt. Bei direktem Einsatz von Feinerzen mit einer Korngröße < 50 µm werden bei der Direktreduktion in der Wirbelschicht unbefriedigende Ergebnisse erzielt. Nachteilig ist dabei zum einen eine unvollständige Abscheidung im Heißzyklon und zum anderen, daß bei der Fertigreduktion die Fluidisierungsgeschwindigkeit soweit verringert werden muß, daß sehr große Reaktoren verwendet werden müssen, was unwirtschaftlich ist.The direct reduction of iron ore has occurred in the Fluidized bed very well proven. A particularly effective Method is known from EP-PS 0 255 180. at direct use of fine ores with a grain size <50 microns are in the direct reduction in the Fluidized bed achieved unsatisfactory results. The disadvantage is on the one hand an incomplete Separation in the hot cyclone and on the other that in the Ready reduction, the fluidization speed so far must be reduced that uses very large reactors must be what is uneconomical.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein wirtschaftliches und umweltschonendes Verfahren zur thermischen Behandlung von feinkörnigem Eisenerz bereitzustellen, das nicht direkt zum metallischen Eisen umgesetzt werden kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Herstellung von metallischem Eisen aus dem thermisch behandelten, feinkörnigen Eisenerz bereitzustellen.The object of the present invention is a economical and environmentally friendly method for thermal treatment of fine-grained iron ore not directly to the metallic iron can be implemented. Another task of The present invention is a method for Production of metallic iron from the thermal treated to provide fine-grained iron ore.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daßThe object underlying the present invention is solved by that

a) das feine Eisenerz mit mindestens einem Bindemittel zu Teilchen mit einer Teilchengröße von < 0,1 bis 5 mm umgesetzt wird,a) the fine iron ore with at least one binder to Particles with a particle size of <0.1 to 5 mm is implemented,
b) die Teilchen gemäß Verfahrensstufe (a) getrocknet werden,b) the particles are dried according to process step (a) become,
c) die gemäß Verfahrensstufe (b) getrockneten Teilchen bei einer Temperatur von 700 bis 1100°C thermisch behandelt werden,c) the dried according to process step (b) particles at a temperature of 700 to 1100 ° C thermally be treated,
d) die thermisch behandelten Teilchen zu metallischem Eisen umgesetzt werden.d) the thermally treated particles to metallic Iron be implemented.

Das feine Eisenerz kann gemäß Verfahrensstufe (a) mit einem Bindemittel in einem Granulator zu Granulaten mit einer Korngröße von < 5 mm verarbeitet werden. Die Granulate können gemäß Verfahrensstufe (b) in einem Venturitrockner getrocknet werden. Die getrockneten Granulate werden gemäß Verfahrensstufe (c) gehärtet. Dazu sind kurze Verweilzeiten von nur einigen Minuten erforderlich.The fine iron ore can according to process step (a) with a binder in a granulator to granules with a grain size of <5 mm are processed. The Granules can according to process step (b) in a Venturi dryer to be dried. The dried ones Granules are hardened according to process step (c). To are short residence times of only a few minutes required.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht deshalb darin, daß gemäß Verfahrensstufe (a) als Teilchen Granulate erhalten werden. Mit Granulaten werden sehr gute Ergebnisse bei der thermischen Behandlung gemäß Verfahrensstufe (c) erreicht.A preferred embodiment of the invention exists therefore, that according to process step (a) as particles Granules are obtained. With granules are very good results in the thermal treatment according to Reached stage (c).

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß gemäß Verfahrensstufe (a) Teilchen mit einer Teilchengröße von < 0,1 bis 3 mm erhalten werden. Teilchen mit dieser Teilchengröße lassen sich sehr gut herstellen und zeigen bei der thermischen Behandlung gemäß Verfahrensstufe (c) sehr gute Ergebnisse. A preferred embodiment of the invention exists in that according to process step (a) particles having a Particle size of <0.1 to 3 mm can be obtained. Particles with this particle size work very well produce and show during the thermal treatment according to process step (c) very good results.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß gemäß Verfahrensstufe (b) die getrockneten Teilchen mit einer Temperatur von 150 bis 300°C erhalten werden. Bei der Trocknung in diesem Temperaturbereich werden Teilchen erhalten, mit denen sehr gute Ergebnisse bei der thermischen Behandlung gemäß Verfahrensstufe (c) erzielt werden.A preferred embodiment of the invention exists in that according to process step (b) the dried Particles with a temperature of 150 to 300 ° C obtained become. When drying in this temperature range Particles are obtained with which very good results in the thermal treatment according to process step (c) be achieved.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß gemäß Verfahrensstufe (c) die Teilchen bei einer Temperatur von 800 bis 900°C thermisch behandelt werden. Bei diesen Temperaturen werden die besten Ergebnisse erzielt.A preferred embodiment of the invention exists in that according to process step (c) the particles in thermally treated at a temperature of 800 to 900 ° C. become. These temperatures will be the best Results achieved.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Verfahrensstufe (a) mit mindestens einem Bindemittel, wie Bentonit, Löschkalk oder Peridur® durchgeführt wird. Diese Bindemittel eignen sich sehr gut für die Herstellung der Teilchen. Bei dem Löschkalk handelt es sich uni Ca(OH)₂.A preferred embodiment of the invention exists in that the process step (a) with at least one Binders, such as bentonite, quicklime or Peridur® is carried out. These binders are very good for the production of the particles. At the slaked lime it is uni Ca (OH) ₂.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Abgase aus der Härtung gemäß Verfahrensstufe (c) in die Trocknung gemäß Verfahrensstufe (b) eingeleitet werden. Aufgrund dieser Maßnahme ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders wirtschaftlich.A preferred embodiment of the invention exists in that the exhaust gases from the curing according to Process step (c) in the drying according to Step (b) are initiated. Based on these Measure is the inventive method especially economically.

Nach der Erfindung ist vorgesehen, daßAccording to the invention it is provided that

e) in einer ersten Reduktionsstufe die Eisenoxide enthaltenden Stoffe in den Wirbelschichtreaktor eines zirkulierenden Wirbelschichtsystems chargiert werden, heißes Reduktionsgas als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor eingeleitet wird, eine Vorreduktion der Eisenoxide erfolgt, die aus dem Wirbelschichtreaktor ausgetragene Suspension im Rückführzyklon der zirkulierenden Wirbelschicht weitgehend von Feststoff befreit und der abgeschiedene Feststoff in den Wirbelschichtreaktor derart zurückgeleitet wird, daß innerhalb der zirkulierenden Wirbelschicht der stündliche Feststoffumlauf mindestens das Fünffache des im Wirbelschichtreaktor befindlichen Feststoffgewichts beträgt,e) in a first reduction stage, the iron oxides containing substances in the fluidized bed reactor of a circulating fluidized bed system are charged, hot reducing gas as Fluidisierungsgas in the Fluidized bed reactor is introduced, a Pre-reduction of iron oxides takes place from the Fluidized bed reactor discharged suspension in Recirculation cyclone of the circulating fluidized bed largely freed of solid and the deposited Solid in the fluidized bed reactor such that is circulated within the circulating Fluidized bed of hourly circulation of solids at least five times that in the fluidized bed reactor is located solids weight,
f) Feststoff aus der ersten Reduktionsstufe in einer zweiten Reduktionsstufe in eine klassische Wirbelschicht geleitet wird, heißes Reduktionsgas als Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht geleitet wird, der restliche Sauerstoff abgebaut und der Eisengehalt weitgehend in Fe₃C überführt wird, das Abgas aus der klassischen Wirbelschicht als Sekundärgas in den Wirbelschichtreaktor gemäß (e) geleitet und aus der klassischen Wirbelschicht das Fe₃C enthaltende Produkt abgezogen wird,f) solid from the first reduction stage in one second reduction stage into a classic Fluidized bed is passed, hot reducing gas as Fluidizing gas in the classical fluidized bed is passed, the remaining oxygen is broken down and the iron content is largely converted into Fe₃C, the Exhaust gas from the classical fluidized bed as Secondary gas in the fluidised bed reactor according to (e) passed and from the classical fluidized bed the Fe₃C containing product is withdrawn,
g) das Abgas aus dem Rückführzyklon gemäß (e) unter den Taupunkt abgekühlt und Wasser aus dem Abgas auskondensiert wird,g) the exhaust gas from the recycle cyclone according to (e) among the Dew point cooled and water from the exhaust is condensed out,
h) ein Teilstrom des Abgases abgeführt wird,h) a partial flow of the exhaust gas is removed,
i) der restliche Teilstrom nach einer Aufstärkung durch Zugabe von reduzierendem Gas und Aufheizung als Kreislaufgas zum Teil als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor der ersten Reduktionsstufe gemäß (e) und zum Teil in die Wirbelschicht der zweiten Reduktionsstufe gemäß (f) geleitet wird.i) the remaining partial flow after a reinforcement by Addition of reducing gas and heating as Circuit gas partly as a fluidizing gas in the Fluidized bed reactor of the first reduction stage according to (e) and partly in the fluidized bed of the second Reduction stage according to (f) is passed.

Das System der zirkulierenden Wirbelschicht besteht aus einem Wirbelschichtreaktor, einem Abscheider zum Abscheiden von Feststoff aus der aus dem Wirbelschichtreaktor ausgetragenen Suspension - im allgemeinen einem Rückführzyklon - und einer Rückführleitung für den abgeschiedenen Feststoff in den Wirbelschichtreaktor. Das Prinzip der zirkulierenden Wirbelschicht zeichnet sich dadurch aus, daß im Unterschied zur "klassischen" Wirbelschicht, bei der eine dichte Phase durch einen deutlichen Dichtesprung von dem darüber befindlichen Gasraum getrennt ist, Verteilungszustände ohne definierte Grenzschicht vorliegen. Ein Dichtesprung zwischen dichter Phase und darüber befindlichem Staubraum ist nicht vorhanden, jedoch nimmt innerhalb des Reaktors die Feststoffkonzentration von unten nach oben ständig ab.The system of circulating fluidized bed consists of a fluidized bed reactor, a separator for Separating solid from the out of the Fluidized bed reactor discharged suspension - im general a recycle cyclone - and a Return line for the separated solid in the Fluidized bed reactor. The principle of circulating Fluidized bed is characterized by the fact that in Difference to the "classical" fluidized bed, in which a dense phase by a significant density jump of the separated above gas space, Distribution states without defined boundary layer available. A leap in density between dense phase and Dust space above it does not exist, however, within the reactor, the Solids concentration from bottom to top constantly decreasing.

Aus dem oberen Teil des Reaktors wird eine Gas-Feststoffsuspension ausgetragen. Bei der Definition von Betriebsbedingungen über die Kennzahlen von Froude und Archimedes ergeben sich folgende Bereiche:From the upper part of the reactor becomes a Gas solid suspension discharged. In the definition Operating conditions on the key figures of Froude and Archimedes result in the following areas:

bzw.or.

0,01 Ar 100,0.01 Ar 100,

wobeiin which

sind. are.

Es bedeuten:It means:

u die relative Gasgeschwindigkeit in m/sec.
Ar die Archimedes-Zahl
Fr die Froude-Zahl
ϕ_g die Dichte des Gases in kg/m³
ϕ_k die Dichte des Feststoffteilchens in kg/m³
d_k den Durchmesser des kugelförmigen Teilchens in m
ν die kinematische Zähigkeit in m²/sec.
g die Gravitationskonstante in m/sec.²u is the relative gas velocity in m / sec.
Ar the Archimedes number
For the Froude number
φ _{g is} the density of the gas in kg / m³
φ _{k is} the density of the solid particle in kg / m³
d _{k is} the diameter of the spherical particle in m
ν the kinematic viscosity in m² / sec.
g is the gravitational constant in m / sec²

Die Vorreduktion in der zirkulierenden Wirbelschicht erfolgt auf einen Reduktionsgrad von etwa 60 bis 90%. In diesem Bereich wird der vom jeweiligen Reduktionsverhalten des Erzes abhängige optimale Wert in bezug auf die Ausnutzung des Reduktionsgases eingestellt, d. h., auf die jeweilige optimale Durchsatzleistung. Die Temperatur im Reaktor der zirkulierenden Wirbelschicht wird auf etwa 550 bis 650°C eingestellt. Größere Eisenerz-Agglomerate mit einer Teilchengröße von ca. 3 bis 5 mm zerfallen in der zirkulierenden Wirbelschicht zu kleineren Agglomeraten.The prereduction in the circulating fluidized bed occurs at a degree of reduction of about 60 to 90%. In This area will be that of the respective one Reduction behavior of the ore dependent optimal value in adjusted to the utilization of the reducing gas, d. h., to the respective optimum throughput. The Temperature in the reactor of the circulating fluidized bed is set at about 550 to 650 ° C. larger Iron ore agglomerates with a particle size of about 3 to 5 mm disintegrate in the circulating fluidized bed smaller agglomerates.

Der Teil des Feststoffs, der aus der ersten Reduktionsstufe in die zweite Reduktionsstufe geleitet wird, kann aus der Rückführleitung der zirkulierenden Wirbelschicht oder aus dem Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht entnommen werden. Die Aufgabe des Feststoffs in mit einer klassischen Wirbelschicht arbeitenden den Wirbelschichtreaktor erfolgt auf einer Seite, die der Seite des Abzuges des Fe₃C-Produktes gegenüberliegt. Die Überführung des Eisengehaltes des in die klassische Wirbelschicht chargierten Feststoffes in Fe₃C erfolgt möglichst weitgehend. Sie liegt im allgemeinen zwischen 70 bis 95%. Die Temperatur in der klassischen Wirbelschicht wird auf etwa 550 bis 650°C eingestellt. Das Abgas der klassischen Wirbelschicht wird als Sekundärgas in den Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht in einer Höhe von bis 30% der Höhe des Reaktors über dem Boden eingeleitet. Das Abgas aus dem Rückführzyklon der zirkulierenden Wirbelschicht wird soweit abgekühlt, daß der Wasserdampfgehalt im Gas auf unter etwa 1,5% gesenkt wird. Die Kühlung erfolgt im allgemeinen in einem Wäscher unter Eindüsung von kaltem Wasser. Dabei wird gleichzeitig auch restlicher Staub aus dem Gas ausgewaschen. Das Volumen des abgeführten Teilstroms des Abgases wird so eingestellt, daß im Kreislaufgas keine Anreicherung von Stickstoff eintritt, der mit dem Aufstärkungsgas eingebracht wird. Als Aufstärkungsgas wird im allgemeinen aus Erdgas hergestelltes H₂ und CO enthaltendes Gas verwendet. Das aufgestärkte Kreislaufgas wird wieder komprimiert, aufgeheizt und dann zum Teil in die erste und zum Teil in die zweite Reduktionsstufe geleitet. Der Feststoff kann vor der Aufgabe in den Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht vorgewärmt werden. Dies geschieht unter oxidierenden Bedingungen. Wenn der Feststoff aus Magnetit (Fe₃O₄) besteht oder größere Mengen davon enthält, ist eine vorherige Oxidation zu Hämatit (Fe₂O₃) erforderlich.The part of the solid that comes from the first Reduction stage passed into the second reduction stage can, from the return line of the circulating Fluidized bed or from the fluidized bed reactor of be removed circulating fluidized bed. The Abandonment of the solid in with a classic Fluidized bed operating the fluidized bed reactor takes place on one side, which is the side of the trigger of the Opposes Fe₃C product. The transfer of the Iron content of the classic fluidized bed Charged solid in Fe₃C is possible largely. It is generally between 70 to 95%. The temperature in the classical fluidized bed is set at about 550 to 650 ° C. The exhaust of the classic fluidized bed is called secondary gas in the Fluidized bed reactor of the circulating fluidized bed in a height of up to 30% of the height of the reactor above the Ground initiated. The exhaust gas from the recirculation cyclone circulating fluidized bed is cooled so far that the water vapor content in the gas is reduced below about 1.5% becomes. The cooling is generally carried out in a scrubber under injection of cold water. It will at the same time also remaining dust from the gas washed out. The volume of the discharged partial flow of the Exhaust gas is adjusted so that the circulating gas no Enrichment of nitrogen occurs, which coincides with the Reinforcing gas is introduced. As a strengthening gas is generally produced from natural gas H₂ and CO containing gas used. The strengthened cycle gas is again compressed, heated and then partly in the first and partly in the second reduction stage directed. The solid may be in the before the task Fluidized bed reactor of the circulating fluidized bed to be preheated. This happens under oxidizing Conditions. When the solid magnetite (Fe₃O₄) exists or contains greater amounts of it is one Previous oxidation to hematite (Fe₂O₃) required.

Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Verfahrensvariante bestehen darin, daß der größere Teil der Reduktion in der zirkulierenden Wirbelschicht erfolgt, d. h. in einem Reaktor mit relativ kleinem Durchmesser und ohne Einbauten mit gleichmäßiger Strömung. Durch den sehr guten Stoff- und Wärmeaustausch in der zirkulierenden Wirbelschicht kann die Reaktion mit relativ kurzer Verweilzeit in einer kleinen Einheit durchgeführt werden. Die restliche Reduktion und die Aufkohlung, die eine längere Verweilzeit erfordern, erfolgt in der klassischen Wirbelschicht, die jedoch infolge der geringen restlichen Reduktion gegenüber einer vollständigen Reaktion in der klassischen Wirbelschicht wesentlich kleiner gehalten werden kann. Durch die erfindungsgemäße gas- und feststoffseitige Koppelung der beiden Wirbelschichten wird das Verfahren mit einer partiellen Gegenstromführung durchgeführt, wodurch ein höherer Gasumsatz bzw. ein geringerer Gasverbrauch erzielt wird.The advantages of this process variant according to the invention are that the greater part of the reduction in the circulating fluidized bed takes place, d. H. in one Reactor with a relatively small diameter and without internals with even flow. Due to the very good fabric and heat exchange in the circulating fluidized bed the reaction can be done with a relatively short residence time in one small unit. The rest of Reduction and carburization, a longer one Require retention time, takes place in the classic Fluidized bed, however, due to the low residual Reduction versus a complete reaction in the classical fluidized bed kept much smaller can be. By the gas and solids-side coupling of the two fluidized beds the process is carried out with a partial countercurrent flow carried out, creating a higher gas sales or a lower gas consumption is achieved.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß 50 bis 80% des Kreislaufgases als Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht der zweiten Reduktionsstufe gemäß (f) geleitet und das restliche Kreislaufgas als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht gemäß (e) geleitet werden. Dadurch erfolgt in der zweiten Reduktionsstufe ein hohes Angebot an frischem Reduktionsgas, und der im Abgas der zweiten Reduktionsstufe vorhandene Überschuß kann in der ersten Reduktionsstufe optimal ausgenutzt werden.A preferred embodiment of the invention exists in that 50 to 80% of the cycle gas as Fluidizing gas in the classical fluidized bed of passed second reduction stage according to (f) and the residual cycle gas as Fluidisierungsgas in the Fluidized bed reactor of the circulating fluidized bed in accordance with (e). This is done in the second Reduction level a high supply of fresh Reduction gas, and in the exhaust gas of the second Reduction level existing excess can be in the first Reduction level can be optimally utilized.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Druck in der ersten Reduktionsstufe gemäß (e) und der zweiten Reduktionsstufe gemäß (f) so eingestellt wird, daß der Druck im oberen Teil des Wirbelschichtreaktors der zirkulierenden Wirbelschicht gemäß (e) 3 bis 6 bar beträgt. Das gesamte System der ersten und zweiten Reduktionsstufe steht dabei unter einem entsprechenden Druck, wobei der Druck des Gases vor dem Eintritt in die Wirbelschichten entsprechend höher ist. Dieser Druckbereich ergibt besonders günstige Ergebnisse, obwohl prinzipiell auch mit höherem Druck gearbeitet werden kann. A preferred embodiment of the invention exists in that the pressure in the first reduction stage according to (e) and the second reduction stage according to (f) so is set, that the pressure in the upper part of Fluidized bed reactor of the circulating fluidized bed according to (e) is 3 to 6 bar. The entire system of first and second reduction stage is under a corresponding pressure, wherein the pressure of the gas before the entry into the fluidized beds correspondingly higher is. This pressure range gives particularly favorable Results, although in principle also with higher pressure can be worked.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die klassische Wirbelschicht gemäß (f) in einem Reaktor mit rechteckigem Querschnitt mit einem Verhältnis von Länge zu Breite von mindestens 2 : 1 und quer angeordneten Überlauf-Wehren für den Feststoff angeordnet ist. Die Überlauf-Wehre sind parallel zu den Schmalseiten des Reaktors angeordnet. Sie erstrecken sich vom gasdurchlässigen Boden bis kurz unterhalb der Oberfläche des Wirbelbettes. Der Feststoff fließt von der Eintragsseite über die Wehre zur Austragsseite. Durch die schlanke und lange Form des Reaktors und die Überlauf-Wehre wird eine Rückvermischung von stärker reduziertem Feststoff mit weniger reduziertem Feststoff weitgehend vermieden, so daß eine sehr gute Endreduktion und Aufkohlung erzielt wird.A preferred embodiment of the invention exists in that the classical fluidized bed according to (f) in a reactor of rectangular cross section with a Ratio of length to width of at least 2: 1 and transverse overflow weirs for the solid is arranged. The overflow weirs are parallel to the Narrow sides of the reactor arranged. They extend from the gas-permeable bottom to just below the Surface of the fluidized bed. The solid flows from the Entry page about the weirs to the discharge site. By the slim and long form of the reactor and the Overflow weirs will be a backmixing of stronger reduced solid with less reduced solid largely avoided, so that a very good Endreduktion and carburizing is achieved.

Nach der Erfindung ist alternativ vorgesehen, daßAccording to the invention is alternatively provided that

j) in einer ersten Reduktionsstufe die Eisenoxide enthaltenden Stoffe in den Wirbelschichtreaktor eines zirkulierenden Wirbelschichtsystems chargiert werden, heißes Reduktionsgas als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor eingeleitet wird, eine Vorreduktion der Eisenoxide erfolgt, die aus dem Wirbelschichtreaktor ausgetragene Suspension im Rückführzyklon der zirkulierenden Wirbelschicht weitgehend von Feststoff befreit und der abgeschiedene Feststoff in den Wirbelschichtreaktor derart zurückgeleitet wird, daß innerhalb der zirkulierenden Wirbelschicht der stündliche Feststoffumlauf mindestens das Fünffache des im Wirbelschichtreaktor befindlichen Feststoffgewichts beträgt, j) in a first reduction stage, the iron oxides containing substances in the fluidized bed reactor of a circulating fluidized bed system are charged, hot reducing gas as Fluidisierungsgas in the Fluidized bed reactor is introduced, a Pre-reduction of iron oxides takes place from the Fluidized bed reactor discharged suspension in Recirculation cyclone of the circulating fluidized bed largely freed of solid and the deposited Solid in the fluidized bed reactor such that is circulated within the circulating Fluidized bed of hourly circulation of solids at least five times that in the fluidized bed reactor is located solids weight,
k) Feststoff aus der ersten Reduktionsstufe in einer zweiten Reduktionsstufe in eine klassische Wirbelschicht geleitet wird, heißes Reduktionsgas als Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht geleitet wird, der restliche Sauerstoff abgebaut und der Eisengehalt zu < 50% in Fe₃C überführt wird, das Abgas aus der klassischen Wirbelschicht als Sekundärgas in den Wirbelschichtreaktor gemäß (j) geleitet und aus der klassischen Wirbelschicht das Produkt abgezogen wird,k) solid from the first reduction stage in one second reduction stage into a classic Fluidized bed is passed, hot reducing gas as Fluidizing gas in the classical fluidized bed is passed, the remaining oxygen is broken down and the iron content is converted to <50% in Fe₃C, the Exhaust gas from the classical fluidized bed as Secondary gas in the fluidized bed reactor according to (j) passed and from the classical fluidized bed the Product is withdrawn,
l) das Abgas aus dem Rückführzyklon gemäß (j) unter den Taupunkt abgekühlt und Wasser aus dem Abgas auskondensiert wird,l) the exhaust gas from the recycle cyclone according to (j) among the Dew point cooled and water from the exhaust is condensed out,
m) ein Teilstrom des Abgases abgeführt wird,m) a partial flow of the exhaust gas is removed,
n) der restliche Teilstrom nach einer Aufstärkung durch Zugabe von reduzierendem Gas und Aufheizung als Kreislaufgas zum Teil als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor der ersten Reduktionsstufe gemäß (j) und zum Teil in die Wirbelschicht der zweiten Reduktionsstufe gemäß (k) geleitet wird.n) the remaining partial flow after a reinforcement by Addition of reducing gas and heating as Circuit gas partly as a fluidizing gas in the Fluidized bed reactor of the first reduction stage according to (j) and partly in the fluidized bed of the second Reduction stage according to (k) is passed.

Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Verfahrensvariante liegen darin, daß der H₂-Gehalt im Reduktionsgas erhöht werden kann, wodurch geringere Kreisläufgasmengen für die Reduktion erforderlich sind. Gemäß diesem Verfahren kann die Verweilzeit in der zweiten Reduktionsstufe, die üblicherweise etwa neun Stunden beträgt, auf etwa fünf Stunden verringert werden. Aufgrund der geringeren Menge des Kreislaufgases wird auch die für die Kompression erforderliche Energie entsprechend bis zu 50% eingespart. Das nach der zweiten Reduktionsstufe erhaltene Produkt kann in brikettierter Form wie Schrott transportiert und chargiert werden. Aufgrund der geringeren Kohlenstoffmenge in dem erhaltenen Produkt, können größere Anteile, bis zu 100% einer Gesamtcharge, im Elektrolichtbogenofen eingesetzt werden.The advantages of this process variant according to the invention are that the H₂ content increases in the reducing gas which allows lower gas flow rates for the Reduction is required. According to this method can the residence time in the second reduction stage, the usually about nine hours, to about five Hours are reduced. Due to the smaller amount The cycle gas will also be used for compression required energy correspondingly saved up to 50%. The product obtained after the second reduction step can be transported in briquetted form like scrap metal and be charged. Due to the lower Carbon amount in the product obtained, can larger shares, up to 100% of a total batch, in Electric arc furnace can be used.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß 50 bis 80% des Kreislaufgases als Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht der zweiten Reduktionsstufe gemäß (k) geleitet und das restliche Kreislaufgas als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht gemäß (j) geleitet und die Fluidisierungsgase mit einem H₂-Gehalt von 85 bis 95 Vol.-% eingestellt werden. Dadurch erfolgt in der zweiten Reduktionsstufe ein hohes Angebot an frischem Reduktionsgas, und der im Abgas der zweiten Reduktionsstufe vorhandene Überschuß kann in der ersten Reduktionsstufe optimal ausgenutzt werden. Der Kohlenstoffgehalt in dem Produkt nach der zweiten Reduktionsstufe beträgt 0 bis 0,1 Gew.-%. Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt darin, daß noch höhere H₂-Gehalte und dadurch noch geringere Kreislaufgasmengen verwendet werden. Die Ausgestaltung führt zu einer weiteren Verringerung der Abmessungen der Reaktoren und erbringt eine weitere Einsparung für die elektrische Energie bei der Kompression der Kreislaufgase.A preferred embodiment of the invention exists in that 50 to 80% of the cycle gas as Fluidizing gas in the classical fluidized bed of passed second reduction stage according to (k) and the residual cycle gas as Fluidisierungsgas in the Fluidized bed reactor of the circulating fluidized bed according to (j) and the fluidizing gases with a H₂ content of 85 to 95 vol .-% can be adjusted. This results in the second reduction stage, a high Supply of fresh reducing gas, and in the exhaust of the second reduction stage existing excess can in the first reduction stage can be optimally utilized. The Carbon content in the product after the second Reduction stage is 0 to 0.1 wt .-%. The advantage this embodiment of the invention is that even higher H₂ contents and thus even lower Circulation gas quantities are used. The design leads to a further reduction in the dimensions of the Reactors and provides another saving for the electrical energy in the compression of the Circulation gases.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß 50 bis 80% des Kreislaufgases als Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht der zweiten Reduktionsstufe gemäß (k) geleitet und das restliche Kreislaufgas als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht gemäß (j) geleitet und die Fluidisierungsgase mit einem H₂-Gehalt von 50 bis 85 Vol.-% eingestellt werden. Nach dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird in wirtschaftlicher Weise, in geringer Zeit ein weitgehend reduziertes Produkt mit einem Fe₃C-Gehalt von < 50% erhalten, das gut brikettiert und leicht transportiert werden kann.A preferred embodiment of the invention exists in that 50 to 80% of the cycle gas as Fluidizing gas in the classical fluidized bed of passed second reduction stage according to (k) and the residual cycle gas as Fluidisierungsgas in the Fluidized bed reactor of the circulating fluidized bed according to (j) and the fluidizing gases with a H₂ content of 50 to 85 vol .-% can be adjusted. To this embodiment of the invention is in economically, in a short time a largely reduced product with a Fe₃C content of <50% getting briquetted and easily transported can be.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Fluidisierungsgase mit einem H₂-Gehalt von 50 bis 75 Vol.-% eingestellt werden. Mit dieser bevorzugten Maßnahme wird ein Produkt erhalten, das besonders wirtschaftlich hergestellt und besonders gut brikettiert werden kann.A preferred embodiment of the invention exists in that the fluidizing gases with a H₂ content of Be set 50 to 75 vol .-%. With this preferred measure will receive a product that especially economical and especially good can be briquetted.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Druck in der ersten Reduktionsstufe gemäß (j) und der zweiten Reduktionsstufe gemäß (k) so eingestellt wird, daß der Druck im oberen Teil des Wirbelschichtreaktors der zirkulierenden Wirbelschicht gemäß (j) 1,5 bis 6 bar beträgt. Das gesamte System der ersten und zweiten Reduktionsstufe steht dabei unter einem entsprechenden Druck, wobei der Druck des Gases vor dem Eintritt in die Wirbelschichten entsprechend höher ist. Dieser Druckbereich ergibt besonders günstige Ergebnisse, obwohl prinzipiell auch mit höherem Druck gearbeitet werden kann.A preferred embodiment of the invention exists in that the pressure in the first reduction stage according to (j) and the second reduction stage according to (k) so is set, that the pressure in the upper part of Fluidized bed reactor of the circulating fluidized bed according to (j) is 1.5 to 6 bar. The entire system of first and second reduction stage is under a corresponding pressure, wherein the pressure of the gas before the entry into the fluidized beds correspondingly higher is. This pressure range gives particularly favorable Results, although in principle also with higher pressure can be worked.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die klassische Wirbelschicht gemäß (k) in einem Reaktor mit rechteckigem Querschnitt mit einem Verhältnis von Länge zu Breite von mindestens 2 : 1 und quer angeordneten Überlauf-Wehren für den Feststoff angeordnet ist. Die Überlauf-Wehre sind parallel zu den Schmalseiten des Reaktors angeordnet. Sie erstrecken sich vom gasdurchlässigen Boden bis kurz unterhalb der Oberfläche des Wirbelbettes. Der Feststoff fließt von der Eintragsseite über die Wehre zur Austragsseite. Durch die schlanke und lange Form des Reaktors und die Überlauf-Wehre wird eine Rückvermischung von stärker reduziertem Feststoff mit weniger reduziertem Feststoff weitgehend vermieden, so daß eine sehr gute Endreduktion und Aufkohlung erzielt wird.A preferred embodiment of the invention exists in that the classical fluidized bed according to (k) in a reactor of rectangular cross section with a Ratio of length to width of at least 2: 1 and transverse overflow weirs for the solid is arranged. The overflow weirs are parallel to the Narrow sides of the reactor arranged. They extend from the gas-permeable bottom to just below the Surface of the fluidized bed. The solid flows from the Entry page about the weirs to the discharge site. By the slim and long form of the reactor and the Overflow weirs will be a backmixing of stronger reduced solid with less reduced solid largely avoided, so that a very good Endreduktion and carburizing is achieved.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das gemäß Verfahrensstufe (k) erhaltene Produkt brikettiert, vorzugsweise heiß brikettiert wird.A preferred embodiment of the invention exists in that that obtained according to process step (k) Briquetted product, preferably briquetted hot.

Nach der Erfindung ist ferner alternativ vorgesehen, daßAccording to the invention, it is also alternatively provided that

o) in einer ersten Wirbelschicht Eisenoxide enthaltende Stoffe unter Zufuhr von festem, kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel sowie von sauerstoffhaltigem Gas als Fluidisierungsgas unter schwach reduzierenden Bedingungen zu FeO reduziert und das FeO in einer zweiten Wirbelschicht unter stark reduzierenden Bedingungen bis zu einer 50 bis 80%igen Metallisierung reduziert wird und die Verweilzeit des Gases in der ersten Wirbelschicht so kurz gewählt wird, daß das Reduktionspotential maximal zur Reduktion bis zum FeO führt,o) containing iron oxides in a first fluidized bed Substances under supply of solid, carbonic Reducing agent and oxygen-containing gas as Fluidizing gas under weakly reducing Conditions reduced to FeO and the FeO in one second fluidized bed under strongly reducing Conditions up to a 50 to 80% Metallization is reduced and the residence time of Gas selected so short in the first fluidized bed is that the maximum reduction potential for Reduction to FeO leads,
p) die aus der ersten Wirbelschicht ausgetragene Gas-Feststoff-Suspension in eine zweite Wirbelschicht geleitet wird, in die zweite Wirbelschicht ein stark reduzierendes Gas als Fluidisierungsgas eingeleitet wird, aus dem Oberteil der zweiten Wirbelschicht stark reduzierendes Gas und ein großer Teil des entstandenen abgeschwelten kohlenstoffhaltigen Materials ausgetragen werden, p) discharged from the first fluidized bed Gas-solid suspension in a second fluidized bed is passed into the second fluidized bed a strong reducing gas introduced as fluidizing gas becomes strong from the top of the second fluidized bed reducing gas and much of the resulting Degraded carbonaceous material be discharged
q) das abgeschwelte kohlenstoffhaltige Material vom Gas abgetrennt und in die erste Wirbelschicht zurückgeführt wird,q) the gasified carbonaceous material separated and into the first fluidized bed is attributed
r) ein Teil des Gases nach einer Reinigung und CO₂-Entfernung als Fluidisierungsgas in die zweite Wirbelschicht zurückgeleitet wird und aus dem unteren Teil der zweiten Wirbelschicht das reduzierte Material zusammen mit dem restlichen Teil des abgeschwelten kohlenstoffhaltigen Materials ausgetragen wird.r) a part of the gas after a cleaning and CO₂ removal as fluidizing gas in the second Fluidized bed is returned and from the bottom Part of the second fluidized bed the reduced material along with the remaining part of the abraded carbonaceous material is discharged.

Bei den verwendeten Wirbelschichtreaktoren handelt es sich um expandierte Wirbelschichten. Unter dem Ausdruck "expandierte Wirbelschicht" sind Wirbelschichten zu verstehen, die oberhalb der Schwebegeschwindigkeit der Feststoffteilchen betrieben werden. Dieses Wirbelschichtprinzip zeichnet sich dadurch aus, daß - im Unterschied zur "klassischen" Wirbelschicht, bei der eine dichte Phase durch einen deutlichen Dichtesprung von dem darüber befindlichen Gasraum getrennt ist - Verteilungszustände ohne definierte Grenzschicht vorliegen. Ein Dichtesprung zwischen dichter Phase und darüber befindlichem Staubraum ist nicht vorhanden; jedoch nimmt innerhalb des Reaktors die Feststoffkonzentration von unten nach oben ständig ab. Aus dem oberen Teil des Reaktors wird eine Gas-Feststoff-Suspension ausgetragen. Im Unterschied zur zirkulierenden Wirbelschicht hat die expandierte Wirbelschicht aber keinen internen Stoffkreislauf, d. h., bei der expandierten Wirbelschicht fehlt die Feststoffrückführleitung, die bei der zirkulierenden Wirbelschicht im Wirbelschichtreaktor mündet. Das schließt aber nicht aus, daß der Feststoff aus einer expandierten Wirbelschicht in eine zweite expandierte Wirbelschicht eingebracht wird. The fluidized bed reactors used are around expanded fluidized beds. Under the expression "expanded fluidized bed" are fluidized beds too understand that above the hover speed of Solid particles are operated. This Fluidized bed principle is characterized in that - im Difference to the "classical" fluidized bed, in which a dense phase by a significant density jump of the above the gas space is separated - Distribution states without defined boundary layer available. A leap in density between dense phase and above there Staubraum is not present; however, within the reactor, the Solids concentration from bottom to top constantly decreasing. From the upper part of the reactor becomes a Gas-solid suspension discharged. In contrast to circulating fluidized bed has the expanded Fluidized bed but no internal material cycle, d. H., in the expanded fluidized bed is missing the Solids return line, which circulates at the Fluidized bed opens in the fluidized bed reactor. The But does not exclude that the solid from a expanded fluidized bed expanded into a second Fluidized bed is introduced.

Als kohlenstoffhaltiges Material können alle Kohlen von Anthrazit bis zum Lignit, kohlenstoffhaltige Mineralien und Abfallprodukte - wie z. B. Ölschiefer, Petrolkoks oder Waschberge - eingesetzt werden, die bei Raumtemperatur im festen Zustand vorliegen. Als sauerstoffhaltiges Gas wird vorzugsweise zumindestens sauerstoffangereicherte Luft verwendet. Die Verweilzeit des Gases in der ersten Wirbelschicht liegt etwa im Bereich von 0,5 bis 3 sec und wird durch Wahl der Höhe des Reaktors eingestellt.As carbonaceous material, all coals of Anthracite to lignite, carbonaceous minerals and waste products - such. As oil shale, petroleum coke or Waschberge - be used at room temperature in the solid state. As oxygen-containing gas is preferably at least oxygen-enriched air used. The residence time of the gas in the first Fluidized bed is approximately in the range of 0.5 to 3 sec and is set by selecting the height of the reactor.

Innerhalb der oben angegebenen Grenzwerte ist auch eine Einstellung der Verweilzeit durch Regelung der Gasgeschwindigkeit möglich. Die Verweilzeit des eisenoxidhaltigen Materials in der ersten Wirbelschicht beträgt etwa 0,2 min bis zu 1,5 min. Die mittlere Feststoffdichte in der ersten Wirbelschicht beträgt 100 bis 300 kg/m³, bezogen auf den leeren Ofenraum. In der ersten Wirbelschicht zerfallen die größeren Eisenerz-Agglomerate mit einer Teilchengröße von ca. 3 bis 5 mm zu kleineren Agglomeraten. In die zweite Wirbelschicht wird kein freien Sauerstoffenthaltendes Gas eingeleitet. Die Verweilzeit des Gases wird auf über 3 sec und die Verweilzeit des eisenoxidhaltigen Materials auf etwa 15 bis 40 min eingestellt. Der zweite Reaktor hat dementsprechend eine größere Höhe als der erste Reaktor. Die mittlere Feststoffdichte im unteren Teil der zweiten Wirbelschicht unterhalb der Einleitung der Gas-Feststoff-Suspension aus der ersten Wirbelschicht beträgt 300 bis 600 kg/m³, bezogen auf den leeren Ofenraum. Im oberen Teil beträgt die mittlere Feststoffdichte 50 bis 200 kg/m³. Die Einleitung der Gas-Feststoff-Suspension erfolgt mindestens 1 m oberhalb der Zuführung des stark reduzierenden Fluidisierungsgases bis zu einer Höhe von maximal 30% der Ofenhöhe. Es wurde überraschenderweise gefunden, daß bei Einhaltung dieser Betriebsbedingungen eine starke Separierung von abgeschweltem kohlenstoffhaltigen Material und reduziertem eisenhaltigen Material in der zweiten Wirbelschicht erreicht werden kann, was im Widerspruch zu der herrschenden Lehrmeinung steht.Within the limits given above is also a Setting the dwell time by controlling the Gas speed possible. The residence time of iron oxide-containing material in the first fluidized bed is about 0.2 minutes to 1.5 minutes. The middle Solid density in the first fluidized bed is 100 up to 300 kg / m³, based on the empty furnace space. In the first fluidized bed disintegrate the larger ones Iron ore agglomerates with a particle size of about 3 up to 5 mm to smaller agglomerates. In the second Fluidized bed does not become a free oxygen containing Gas initiated. The residence time of the gas is over 3 sec and the residence time of the iron oxide-containing material set to about 15 to 40 minutes. The second reactor accordingly has a greater height than the first Reactor. The mean density of solids in the lower part of the second fluidized bed below the introduction of the Gas-solid suspension from the first fluidized bed is 300 to 600 kg / m³, based on the empty one Furnace chamber. In the upper part is the middle Solid density 50 to 200 kg / m³. The introduction of the Gas-solid suspension is at least 1 m above the supply of strongly reducing fluidizing gas up to a maximum height of 30% of the oven height. It was Surprisingly found that in compliance with this Operating conditions a strong separation of de-carbonated material and reduced ferrous material in the second Fluidized bed can be achieved, which contradicts the dominant doctrine stands.

Die Temperatur in den Wirbelschichten liegt je nach Reaktivität des kohlenstoffhaltigen Materials im Bereich von 850 bis 1100°C. Das reduzierte Produkt wird aus dem unteren Teil abgezogen, wobei allerdings auch eine gewisse Menge an abgeschweltem kohlenstoffhaltigen Material mit abgezogen wird. Die Wirbelschichten können ohne großen Überdruck oder mit Überdruck bis zu 20 bar betrieben werden. Ein Teil des Abgases aus der zweiten Wirbelschicht wird einer anderen Verwendung zugeführt, z. B. als Brenngas in eine Dampferzeugungsanlage für eine Stromerzeugung. Das reduzierte Produkt kann im heißen Zustand oder nach einer Abkühlung der Weiterverarbeitung zugeführt werden, wobei das kohlenstoffhaltige Material vorher z. B. durch Magnetscheidung abgetrennt werden kann.The temperature in the fluidized beds is depending on Reactivity of the carbonaceous material in the range from 850 to 1100 ° C. The reduced product will be released from the subtracted from the lower part, but also a certain amount of carbonated off Material is peeled off. The fluidized beds can without high overpressure or overpressure up to 20 bar operate. Part of the exhaust gas from the second Fluidized bed is put to another use, z. B. as fuel gas in a steam generating plant for a Power generation. The reduced product can be hot Condition or after a cooling of the further processing supplied, wherein the carbonaceous material before z. B. can be separated by magnetic separation.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Menge des im Kreislauf geführten abgeschwelten kohlenstoffhaltigen Materials ein Vielfaches der Menge der chargierten eisenoxidhaltigen Materialien beträgt, und der Wärmeinhalt der aus der ersten in die zweite Wirbelschicht geleiteten Suspension zur Deckung des Wärmeverbrauchs in der zweiten Wirbelschicht verwendet wird.A preferred embodiment of the invention exists in that the amount of recirculated attenuated carbonaceous material Multiple of the amount of charged iron oxide containing Materials is, and the heat content of the first conducted in the second fluidized bed suspension to cover the heat consumption in the second Fluidized bed is used.

Die im zweiten Reaktor erforderliche Wärme wird von der Gas-Feststoff-Suspension aus dem ersten Reaktor eingebracht, wobei die überwiegende Wärmemenge durch das als Wärmeträger dienende abgeschwelte kohlenstoffhaltige Material eingebracht wird. Dazu wird die Temperatur in der ersten Wirbelschicht auf einen Wert eingestellt, der höher liegt als die Austrittstemperatur aus der zweiten Wirbelschicht. Die dazu erforderliche Überhitzung in der ersten Wirbelschicht richtet sich nach der Menge des umlaufenden abgeschwelten kohlenstoffhaltigen Materials.The heat required in the second reactor is from the Gas-solid suspension from the first reactor introduced, with the vast amount of heat through the used as a heat carrier abgewelten carbonaceous Material is introduced. For this the temperature in the first fluidized bed adjusted to a value that higher than the exit temperature from the second Fluidized bed. The required overheating in the first fluidized bed depends on the amount of circumferential skimmed carbonaceous material.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Eintrittstemperatur der Suspension in die zweite Wirbelschicht 30 bis 80°C höher liegt als die Temperatur des aus dem Oberteil abgezogenen stark reduzierenden Gases und die Menge des im Kreislauf geführten abgeschwelten kohlenstoffhaltigen Materials das 10- bis 50fache des eingesetzten eisenoxidhaltigen Materials beträgt.A preferred embodiment of the invention exists in that the inlet temperature of the suspension in the second fluidized bed 30 to 80 ° C higher than that Temperature of the withdrawn from the top strong reducing gas and the amount of in circulation led abraded carbonaceous material that 10 to 50 times the amount of iron oxide used Material is.

Wenn die Temperatur der Überhitzung der Suspension in der ersten Wirbelschicht im oberen Bereich liegt, liegt die Menge des im Kreislauf geführten Materials im unteren Bereich, und umgekehrt. Die optimale Betriebsweise besteht darin, daß die Überhitzung bis zu der maximal zulässigen Temperatur erfolgt, bei der gerade noch kein Sintern oder Anbacken erfolgt, und die Menge des im Kreislauf geführten Materials entsprechend niedrig gehalten wird. Bei einer Unterschreitung der 10fachen Menge des im Kreislauf geführten Materials ergeben sich unzulässig hohe Temperaturdifferenzen, die zu einer Überschreitung des Schmelzpunktes des eisenoxidhaltigen Materials und der Asche des kohlenstoffhaltigen Materials führen können. Andererseits führt eine Überschreitung der 50fachen Menge des im Kreislauf geführten Materials zu einem hohen Druckverlust und damit zu höheren Feststoffkonzentrationen, die ihrerseits die gewünschte Separierung in der zweiten Wirbelschicht behindern.When the temperature of overheating of the suspension in the the first fluidized bed lies in the upper area, is the Amount of recirculated material in the bottom Area, and vice versa. The optimal mode of operation is that the overheating up to the maximum permissible temperature, at which just no Sintering or baking takes place, and the amount of in the Circulated material correspondingly low is held. When falling below 10 times Amount of recirculated material arise Inadmissibly high temperature differences, which lead to a Exceeding the melting point of the iron oxide-containing Materials and ashes of carbonaceous material being able to lead. On the other hand, exceeding the 50 times the amount of recycled material a high pressure loss and thus higher Solid concentrations, which in turn are the desired Hinder separation in the second fluidized bed.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß aus dem aus dem unteren Teil der zweiten Wirbelschicht ausgetragenen Material das abgeschwelte kohlenstoffhaltige Material abgetrennt wird und mindestens ein Teil in die erste Wirbelschicht zurückgeführt wird. Dadurch wird einerseits das abgeschwelte kohlenstoffhaltige Material wieder in den Prozeß zurückgeführt und andererseits wird ein reines reduziertes Produkt erhalten. Wenn das reduzierte Produkt einer Endreduktion zugeführt wird, kann der dabei notwendige Kohlenstoff in genau dosierter Menge zugesetzt werden. Dies gilt auch für das Einschmelzen des reduzierten Produktes.A preferred embodiment of the invention exists in that from the lower part of the second Fluidized bed discharged material the abgeschwelte carbonaceous material is separated and at least one part in the first fluidized bed is returned. This will be the one hand Degraded carbonaceous material back into the Process is returned and on the other hand becomes a pure obtained reduced product. If the reduced product a final reduction is supplied, the case necessary carbon added in exactly metered amount become. This also applies to the melting of the reduced product.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung und eines Beispiels näher erläutert. Die Zeichnung besteht aus den Fig. 1, 2 und 3.The invention will be explained in more detail with reference to a drawing and an example. The drawing consists of FIGS. 1, 2 and 3.

Fig. 1 Fig. 1

Über Leitung (1) wird das thermisch behandelte Erz (Granulat) in den Venturi-Vorwärmer (2) chargiert. Über Leitung (3) wird die Suspension in den Zyklon (4) geleitet, wo eine Trennung von Gas und Feststoff erfolgt. Der abgeschiedene Feststoff wird über Leitung (5) in den Venturi-Vorwärmer (6) geleitet. Über Leitung (7) wird Brennstoff und über Leitung (8) Verbrennungsluft in die Brennkammer (9) geleitet. Über Leitung (10) werden die heißen Verbrennungsgase in den Venturi-Vorwärmer (6) geleitet. Über Leitung (11) wird die Suspension in den Zyklon (12) geleitet, wo eine Trennung von Feststoff und Gas erfolgt. Das Gas wird über Leitung (13) in den Venturi-Vorwärmer (2) geleitet. Das Gas aus dem Zyklon (4) wird über Leitung (14) in ein Filter (15) geleitet, aus dem über Leitung (16) das gereinigte Gas und über Leitung (17) der abgeschiedene Staub abgeführt werden. Via line ( 1 ), the thermally treated ore (granules) is charged into the venturi preheater ( 2 ). Via line ( 3 ), the suspension is passed into the cyclone ( 4 ), where a separation of gas and solid takes place. The separated solid is passed via line ( 5 ) into the venturi preheater ( 6 ). Via line ( 7 ), fuel and via line ( 8 ) combustion air in the combustion chamber ( 9 ) is passed. Via line ( 10 ), the hot combustion gases are directed into the venturi preheater ( 6 ). Via line ( 11 ), the suspension is passed into the cyclone ( 12 ), where a separation of solid and gas takes place. The gas is passed via line ( 13 ) into the venturi preheater ( 2 ). The gas from the cyclone ( 4 ) is passed via line ( 14 ) into a filter ( 15 ), from which via line ( 16 ) the purified gas and via line ( 17 ) the separated dust are discharged.

Der im Zyklon (12) abgeschiedene Feststoff wird über Leitung (17a) in den Bunker (18) geleitet, aus dem er über Leitung (19) in den Schneckenförderer (20) abgezogen und von dort über Leitung (21) in den Wirbelschichtreaktor (22) der zirkulierenden Wirbelschicht geleitet wird. Aus dem Wirbelschichtreaktor (22) wird über Leitung (23) die Gas-Feststoffsuspension in den Rückführzyklon (24) geleitet. Der abgeschiedene Feststoff wird über Leitung (25) in den Wirbelschichtreaktor (22) zurückgeleitet. Über Leitung (26) wird das Gas aus dem Rückführzyklon in den Wärmetauscher (27) geleitet. Das abgekühlte Gas wird über Leitung (28) in den Wäscher (29) geleitet, dort unter den Taupunkt des Wasserdampfes abgekühlt und der Wasserdampfgehalt weitgehend entfernt. Das gereinigte Gas wird über Leitung (30) in den Wärmetauscher (27) geleitet. Über Leitung (31) wird reduzierendes Gas zur Aufstärkung zugemischt. Über Leitung (32) wird das vorgewärmte Reduktionsgas in den Aufheizer (33) geleitet und dort auf die für den Prozeß erforderliche Temperatur aufgeheizt. Das aufgeheizte Gas verläßt den Aufheizer (33) über Leitung (34) und wird zum Teil als Fluidisierungsgas über die Leitungen (35) in den Wirbelschichtreaktor (36) der klassischen Wirbelschicht und zum anderen Teil über Leitung (37) als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor (22) der zirkulierenden Wirbelschicht geleitet. Aus dem Wirbelschichtreaktor (22) der zirkulierenden Wirbelschicht wird über Leitung (38) Feststoff in den Wirbelschichtreaktor (36) der klassischen Wirbelschicht geleitet. Das staubhaltige Abgas aus dem Wirbelschichtreaktor (36) der klassischen Wirbelschicht wird über Leitung (39) in den Zyklon (40) geleitet. Der abgeschiedene Staub wird über Leitung (41) in den Wirbelschichtreaktor (36) zurückgeführt und das Gas wird über Leitung (42) als Sekundärgas in den Wirbelschichtreaktor (22) der zirkulierenden Wirbelschicht eingeleitet. Aus dem Wirbelschichtreaktor (36) der klassischen Wirbelschicht wird über Leitung (43) das Fe₃C-haltige Produkt in den Kühler (44) geleitet, dort abgekühlt und über Leitung (45) abgeführt. Über Leitung (46) wird Kühlwasser in den Kühler (44) geleitet und über Leitung (47) abgeführt. Über Leitung (48) wird Wasser in den Wäscher (29) geleitet und über Leitung (49) abgeführt. Über die Leitungen (50) werden Brennstoff und Verbrennungsluft in den Aufheizer (33) geleitet. Die Verbrennungsgase werden über Leitung (51) abgeführt. Über Leitung (52) wird ein Teilstrom aus dem Kreislaufgas entfernt, der eine Anreicherung von Stickstoff im Kreislaufgas verhindert.The solid deposited in the cyclone ( 12 ) is passed via line ( 17 a) into the bunker ( 18 ), from which it is withdrawn via line ( 19 ) into the screw conveyor ( 20 ) and from there via line ( 21 ) into the fluidized bed reactor ( 22 ) of the circulating fluidized bed is passed. From the fluidized bed reactor ( 22 ) via line ( 23 ), the gas-solid suspension in the recycle cyclone ( 24 ) passed. The separated solid is returned via line ( 25 ) in the fluidized bed reactor ( 22 ). Via line ( 26 ), the gas from the recycle cyclone is passed into the heat exchanger ( 27 ). The cooled gas is passed via line ( 28 ) into the scrubber ( 29 ), where it is cooled below the dew point of the steam and the water vapor content is largely removed. The purified gas is passed via line ( 30 ) in the heat exchanger ( 27 ). Via line ( 31 ) reducing gas is mixed for reinforcement. Via line ( 32 ) the preheated reducing gas is passed into the reheater ( 33 ) and heated there to the temperature required for the process. The heated gas leaves the heater ( 33 ) via line ( 34 ) and is partly as fluidizing gas via the lines ( 35 ) in the fluidized bed reactor ( 36 ) of the classical fluidized bed and partly via line ( 37 ) as fluidizing gas in the fluidized bed reactor ( 22 ) of the circulating fluidized bed. From the fluidized bed reactor ( 22 ) of the circulating fluidized bed is passed via line ( 38 ) solid in the fluidized bed reactor ( 36 ) of the classical fluidized bed. The dust-containing waste gas from the fluidized-bed reactor ( 36 ) of the classical fluidized bed is passed via line ( 39 ) into the cyclone ( 40 ). The separated dust is returned via line ( 41 ) in the fluidized bed reactor ( 36 ) and the gas is introduced via line ( 42 ) as a secondary gas in the fluidized bed reactor ( 22 ) of the circulating fluidized bed. From the fluidized bed reactor ( 36 ) of the classical fluidized bed via line ( 43 ) the Fe₃C-containing product is passed into the cooler ( 44 ), cooled there and discharged via line ( 45 ). Via line ( 46 ) cooling water is passed into the cooler ( 44 ) and discharged via line ( 47 ). Via line ( 48 ) water is passed into the scrubber ( 29 ) and discharged via line ( 49 ). Via the lines ( 50 ), fuel and combustion air are passed into the heater ( 33 ). The combustion gases are removed via line ( 51 ). Via line ( 52 ), a partial flow is removed from the cycle gas, which prevents an accumulation of nitrogen in the cycle gas.

Fig. 2 Fig. 2

Über Leitung (1) wird das thermisch behandelte Erz (Granulat) in den Venturi-Vorwärmer (2) chargiert. Über Leitung (3) wird die Suspension in den Zyklon (4) geleitet, wo eine Trennung von Gas und Feststoff erfolgt. Der abgeschiedene Feststoff wird über Leitung (5) in den Venturi-Vorwärmer (6) geleitet. Über Leitung (7) wird Brennstoff und über Leitung (8) Verbrennungsluft in die Brennkammer (9) geleitet. Über Leitung (10) werden die heißen Verbrennungsgase in den Venturi-Vorwärmer (6) geleitet. Über Leitung (11) wird die Suspension in den Zyklon (12) geleitet, wo eine Trennung von Feststoff und Gas erfolgt. Das Gas wird über Leitung (13) in den Venturi-Vorwärmer (2) geleitet. Das Gas aus dem Zyklon (4) wird über Leitung (14) in ein Filter (15) geleitet, aus dem über Leitung (16) das gereinigte Gas und über Leitung (17) der abgeschiedene Staub abgeführt wird. Der im Zyklon (12) abgeschiedene Feststoff wird über Leitung (17a) in den Bunker (18) geleitet, aus dem er über Leitung (19) in den Schneckenförderer (20) abgezogen und von dort über Leitung (21) in den Wirbelschichtreaktor (22) der zirkulierenden Wirbelschicht geleitet wird. Aus dem Wirbelschichtreaktor (22) wird über Leitung (23) die Gas-Feststoff-Suspension in den Rückführzyklon (24) geleitet. Der abgeschiedene Feststoff wird über Leitung (25) in den Wirbelschichtreaktor (22) zurückgeleitet. Über Leitung (26) wird das Gas aus dem Rückführzyklon in den Wärmetauscher (27) geleitet. Das abgekühlte Gas wird über Leitung (28) in den Wäscher (29) geleitet, dort unter den Taupunkt des Wasserdampfes abgekühlt und der Wasserdampfgehalt weitgehend entfernt. Das gereinigte Gas wird über Leitung (30) in den Wärmetauscher (27) geleitet. Über Leitung (31) wird reduzierendes Gas zur Aufstärkung zugemischt. Über Leitung (32) wird das vorgewärmte Reduktionsgas in den Aufheizer (33) geleitet und dort auf die für den Prozeß erforderliche Temperatur aufgeheizt. Das aufgeheizte Gas verläßt den Aufheizer (33) über Leitung (34) und wird zum Teil als Fluidisierungsgas über die Leitungen (35) in den Wirbelschichtreaktor (36) der klassischen Wirbelschicht und zum anderen Teil über Leitung (37) als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor (22) der zirkulierenden Wirbelschicht geleitet. Aus dem Wirbelschichtreaktor (22) der zirkulierenden Wirbelschicht wird über Leitung (38) Feststoff in den Wirbelschichtreaktor (36) der klassischen Wirbelschicht geleitet. Das staubhaltige Abgas aus dem Wirbelschichtreaktor (36) der klassischen Wirbelschicht wird über Leitung (39) in den Zyklon (40) geleitet. Der abgeschiedene Staub wird über Leitung (41) in den Wirbelschichtreaktor (36) zurückgeführt und das Gas wird über Leitung (42) als Sekundärgas in den Wirbelschichtreaktor (22) der zirkulierenden Wirbelschicht eingeleitet. Aus dem Wirbelschichtreaktor (36) der klassischen Wirbelschicht wird über Leitung (43) das Produkt in die Brikettieranlage (44) geleitet und dort brikettiert und über Leitung (45) abgeführt. Über Leitung (46a) wird Wasser in den Wäscher (29) geleitet und über Leitung (51a) abgeführt. Über die Leitungen (48a) werden Brennstoff und Verbrennungsluft in den Aufheizer (33) geleitet. Die Verbrennungsgase werden über Leitung (49a) abgeführt. Über Leitung (50) wird ein Teilstrom aus dem Kreislaufgas entfernt, der eine Anreicherung von Stickstoff im Kreislaufgas verhindert.Via line ( 1 ), the thermally treated ore (granules) is charged into the venturi preheater ( 2 ). Via line ( 3 ), the suspension is passed into the cyclone ( 4 ), where a separation of gas and solid takes place. The separated solid is passed via line ( 5 ) into the venturi preheater ( 6 ). Via line ( 7 ), fuel and via line ( 8 ) combustion air in the combustion chamber ( 9 ) is passed. Via line ( 10 ), the hot combustion gases are directed into the venturi preheater ( 6 ). Via line ( 11 ), the suspension is passed into the cyclone ( 12 ), where a separation of solid and gas takes place. The gas is passed via line ( 13 ) into the venturi preheater ( 2 ). The gas from the cyclone ( 4 ) is passed via line ( 14 ) into a filter ( 15 ), from which via line ( 16 ) the purified gas and via line ( 17 ) the separated dust is removed. The solid deposited in the cyclone ( 12 ) is passed via line ( 17 a) into the bunker ( 18 ), from which it is withdrawn via line ( 19 ) into the screw conveyor ( 20 ) and from there via line ( 21 ) into the fluidized bed reactor ( 22 ) of the circulating fluidized bed is passed. From the fluidized bed reactor ( 22 ) via line ( 23 ), the gas-solid suspension in the recycle cyclone ( 24 ) passed. The separated solid is returned via line ( 25 ) in the fluidized bed reactor ( 22 ). Via line ( 26 ), the gas from the recycle cyclone is passed into the heat exchanger ( 27 ). The cooled gas is passed via line ( 28 ) into the scrubber ( 29 ), where it is cooled below the dew point of the steam and the water vapor content is largely removed. The purified gas is passed via line ( 30 ) in the heat exchanger ( 27 ). Via line ( 31 ) reducing gas is mixed for reinforcement. Via line ( 32 ) the preheated reducing gas is passed into the reheater ( 33 ) and heated there to the temperature required for the process. The heated gas leaves the heater ( 33 ) via line ( 34 ) and is partly as fluidizing gas via the lines ( 35 ) in the fluidized bed reactor ( 36 ) of the classical fluidized bed and partly via line ( 37 ) as fluidizing gas in the fluidized bed reactor ( 22 ) of the circulating fluidized bed. From the fluidized bed reactor ( 22 ) of the circulating fluidized bed is passed via line ( 38 ) solid in the fluidized bed reactor ( 36 ) of the classical fluidized bed. The dust-containing waste gas from the fluidized-bed reactor ( 36 ) of the classical fluidized bed is passed via line ( 39 ) into the cyclone ( 40 ). The separated dust is returned via line ( 41 ) in the fluidized bed reactor ( 36 ) and the gas is introduced via line ( 42 ) as a secondary gas in the fluidized bed reactor ( 22 ) of the circulating fluidized bed. From the fluidized bed reactor ( 36 ) of the classical fluidized bed, the product is passed via line ( 43 ) into the briquetting plant ( 44 ) and briquetted there and discharged via line ( 45 ). Via line ( 46 a), water is passed into the scrubber ( 29 ) and discharged via line ( 51 a). Via the lines ( 48 a), fuel and combustion air in the heater ( 33 ) are passed. The combustion gases are removed via line ( 49 a). Via line ( 50 ), a partial flow is removed from the cycle gas, which prevents an accumulation of nitrogen in the cycle gas.

Fig. 3 Fig. 3

In die erste Wirbelschicht (53) werden über Leitung (54) Erz aus der thermischen Vorbehandlung als Granulat, über Leitung (55) Kohle, über Leitung (56) Sauerstoff und über Leitung (57) Luft eingeblasen. Der Wirbelschichtreaktor (53) hat einen Innendurchmesser von 0,06 m und eine Höhe von 6 m. Über Leitung (58) wird die Gas-Feststoff-Suspension in die zweite Wirbelschicht (59) ausgetragen. Dieser Wirbelschichtreaktor (59) hat einen Innendurchmesser von 0,08 m und eine Höhe von 20 m. In die zweite Wirbelschicht wird über Leitung (60) ein sauerstofffreies, stark reduzierendes Gas eingeleitet. Über Leitung (61) wird ein stark reduzierendes Gas in einen Zyklonabscheider (62) abgeleitet, das einen großen Teil des abgeschwelten, kohlenstoffhaltigen Materials enthält. Der aus dem Gas im Zyklonabscheider (62) abgeschiedene Feststoff geht über Leitung (63) in die Wirbelschicht (53). Über die Leitung (64) wird das Gas in eine Gasbehandlung (65) geleitet, in der das Gas entstaubt, abgekühlt und weitgehend von CO₂ und H₂O befreit wird. Ein Teilstrom des Gases wird über Leitung (82) aus dem Kreislauf ausgeschleust. Das gereinigte Gas wird nach einer nicht dargestellten Kompression über Leitung (66) in einen Gaserhitzer (67) und von dort über Leitung (60) in die Wirbelschicht (59) geführt. Aus der Wirbelschicht (59) wird reduziertes Erz sowie ein Teil der abgeschwelten Kohle über Leitung (68) abgezogen und in eine Produktbehandlung (69) geleitet. Nach einer Kühlung und Magnetscheidung wird über Leitung (70) das reduzierte Erz abgezogen. Es kann über Leitung (71) einem Schmelzreaktor (72) zugeführt oder über Leitung (73) als Produkt abgeführt werden. Über Leitung (74) wird abgeschweltes, kohlenstoffhaltiges Material abgeführt. Es kann über Leitung (75) in die Wirbelschicht (53), über Leitung (76) in den Schmelzreaktor (72) und über Leitung (77) aus dem Verfahren abgeführt werden. Aus dem Schmelzreaktor (72) werden über Leitung (78) flüssiges Roheisen und über Leitung (79) Schlacke abgezogen. Das Abgas des Schmelzreaktors (72) wird über Leitung (80), evtl. nach einer nicht dargestellten Gasreinigung, in Leitung (60) geführt. Der Schmelzreaktor (72) kann als Elektroreduktionsofen oder als Konverter ausgebildet sein, in den über Leitung (81) Sauerstoff eingeblasen wird.In the first fluidized bed ( 53 ) via the line ( 54 ) ore from the thermal pretreatment as granules, via line ( 55 ) coal, via line ( 56 ) oxygen and via line ( 57 ) blown air. The fluidized bed reactor ( 53 ) has an inner diameter of 0.06 m and a height of 6 m. Via line ( 58 ), the gas-solid suspension is discharged into the second fluidized bed ( 59 ). This fluidized bed reactor ( 59 ) has an inner diameter of 0.08 m and a height of 20 m. In the second fluidized bed, an oxygen-free, strongly reducing gas is introduced via line ( 60 ). Via line ( 61 ), a highly reducing gas is diverted into a cyclone separator ( 62 ) containing a large portion of the scavenged carbonaceous material. The solid separated from the gas in the cyclone separator ( 62 ) passes via line ( 63 ) into the fluidized bed ( 53 ). Via the line ( 64 ), the gas is passed into a gas treatment ( 65 ), in which the gas is dedusted, cooled and largely freed of CO₂ and H₂O. A partial flow of the gas is discharged from the circulation via line ( 82 ). The purified gas is fed to a gas heater ( 67 ) via a line ( 66 ), which is not shown, and from there via line ( 60 ) into the fluidized bed ( 59 ). From the fluidized bed ( 59 ) reduced ore and a portion of the carbonized coal is withdrawn via line ( 68 ) and passed into a product treatment ( 69 ). After cooling and magnetic separation, the reduced ore is withdrawn via line ( 70 ). It can be fed via line ( 71 ) to a melt reactor ( 72 ) or removed via line ( 73 ) as a product. About line ( 74 ) abgeweltes, carbonaceous material is removed. It can be discharged from the process via line ( 75 ) into the fluidized bed ( 53 ), via line ( 76 ) into the melt reactor ( 72 ) and via line ( 77 ). From the melt reactor ( 72 ) liquid pig iron and via line ( 79 ) slag are withdrawn via line ( 78 ). The exhaust gas of the melt reactor ( 72 ) is passed via line ( 80 ), possibly after a gas purification, not shown, in line ( 60 ). The melt reactor ( 72 ) can be designed as an electroreduction furnace or as a converter into which oxygen is blown via line ( 81 ).

Beispielexample

87 kg Eisenerzkonzentrat mit einem Wassergehalt von 5 Gew.-% aus der Flotation und einer Korngröße d = 25 µm mit der folgenden Verteilung:87 kg iron ore concentrate with a water content of 5 wt .-% from the flotation and a particle size d = 25 microns with the following distribution:

Fraktion (µm)Fraction (μm) Gewichtsanteile (Gew.-%)Parts by weight (% by weight) 64 bis 12564 to 125 3,53.5 32 bis 6432 to 64 29,729.7 16 bis 3216 to 32 34,834.8 8 bis 168 to 16 19,519.5 4 bis 84 to 8 8,28.2 2 bis 42 to 4 2,72.7 1 bis 21 to 2 0,60.6 < 1<1 1,01.0

enthaltend die folgenden Bestandteile:containing the following components:

Bestandteileingredients Gewichtsanteile (Gew.-%)Parts by weight (% by weight) Fe ges.Fe ges. 69,169.1 SiO₂SiO₂ 1,61.6 Al₂O₃Al₂O₃ 1,51.5 CaOCaO 0,290.29

wurden mit 1 kg Bentonit, 8 kg Feinstaub aus der Gasreinigung der thermischen Behandlung und 4 kg Staub aus der Gasreinigung der Wirbelschichtreduktionsanlage in einem Mischgranulierer 5 min gemischt. Das Gemisch hatte einen Wassergehalt von 7,6 Gew.-% und die folgende Verteilung (Siebanalyse) :were charged with 1 kg of bentonite, 8 kg of particulate matter from the Gas cleaning of the thermal treatment and 4 kg of dust from the gas purification of the fluidized bed reduction plant in a mixed granulator mixed for 5 min. The mixture had a water content of 7.6 wt .-% and the following Distribution (sieve analysis):

Korngröße (mm)Grain size (mm) Gewichtsanteile (Gew.-%)Parts by weight (% by weight) 1,0 bis 0,51.0 to 0.5 21,721.7 0,5 bis 0,3150.5 to 0.315 27,627.6 0,315 bis 0,20.315 to 0.2 24,924.9 0,2 bis 0,10.2 to 0.1 17,617.6 < 0,1<0.1 8,28.2

Das Gemisch wurde in einer hochexpandierten Wirbelschicht getrocknet und auf eine Temperatur von 220°C aufgeheizt, wobei das Abgas aus der nachfolgenden thermischen Behandlung mit einer Temperatur von 900°C eingeleitet wurde. Das getrocknete Material wurde in einer zweiten hochexpandierten Wirbelschicht bei einer Temperatur von 900°C 3 min thermisch behandelt. Als Fluidisierungsgas wurde Luft mit 800 Nl/h und als Sekundärgas wurde Erdgas in die Wirbelschicht eingeleitet. Das Abgas wies einen Sauerstoffgehalt von 5 Vol.-% auf. Aus der Stufe der thermischen Behandlung wurden 8 kg Feinstaub abgetrennt, die zum Herstellen des oben erwähnten Gemisches verwendet wurden. Die durch die thermische Behandlung gehärteten Granulate hatten die folgende Verteilung (Siebanalyse):The mixture was in a highly expanded fluidized bed dried and heated to a temperature of 220 ° C, wherein the exhaust gas from the subsequent thermal Treatment initiated at a temperature of 900 ° C. has been. The dried material was in a second highly expanded fluidized bed at a temperature of 900 ° C for 3 min thermally treated. As fluidizing gas became air with 800 Nl / h and as secondary gas became natural gas introduced into the fluidized bed. The exhaust had one Oxygen content of 5 vol .-% on. From the stage of thermal treatment 8 kg of particulate matter were separated, used for preparing the above-mentioned mixture were. The cured by the thermal treatment Granules had the following distribution (sieve analysis):

Korngröße (mm)Grain size (mm) Gewichtsanteile (Gew.-%)Parts by weight (% by weight) 1,0 bis 0,51.0 to 0.5 14,814.8 0,5 bis 0,3150.5 to 0.315 26,126.1 0,315 bis 0,20.315 to 0.2 24,624.6 0,2 bis 0,10.2 to 0.1 22,122.1 < 0,1<0.1 12,412.4

und enthielten die folgenden Bestandteile:and contained the following ingredients:

Bestandteileingredients Gewichtsanteile (Gew.-%)Parts by weight (% by weight) Fe ges.Fe ges. 66,866.8 Fe²⁺ Fe ²⁺ 3,03.0

Die durch thermische Behandlung gehärteten Granulate wurden in einer ersten Reduktionsstufe, einer zirkulierenden Wirbelschicht, bei 600°C mit einem Gasgemisch, bestehend ausThe cured by thermal treatment granules were in a first reduction stage, one circulating fluidized bed, at 600 ° C with a Gas mixture consisting of

5,6% CO
4,7% CO₂
52,1% H₂
37,6% CH₄5.6% CO
4.7% CO₂
52.1% H₂
37.6% CH₄

vorreduziert und anschließend in einer zweiten Reduktionsstufe, einer klassischen Wirbelschicht, bei 600°C und folgendem Gasgemisch fertigreduziert:pre-reduced and then in a second Reduction stage, a classic fluidized bed, at 600 ° C and the following gas mixture finished reduced:

8,5% CO
3,9% CO₂
57,7% H₂
29,9% CH₄.8.5% CO
3.9% CO₂
57.7% H₂
29.9% CH₄.

Das Produkt wies folgende Analyse auf:The product had the following analysis:

Fe ges.|83,4%Fe tot. | 83.4% Fe met.Fe met. 66,4%66.4% CC 3,7%.3.7%.

entsprechend einem Metallisierungsgrad von 79,6% und einem Karburierungsgrad von 81,9%. Der Feinstaubanfall betrug 4 kg und wurde in die Granulierung zurückgeführt.corresponding to a degree of metallization of 79.6% and a degree of carburization of 81.9%. The fine dust attack was 4 kg and was recycled to the granulation.

Claims

1. Verfahren zur thermischen Behandlung von feinkörnigem Eisenerz und zur Umsetzung des thermisch behandelten Eisenerzes zum metallischen Eisen, wobei

a) das feine Eisenerz mit mindestens einem Bindemittel zu Teilchen mit einer Teilchengröße von < 0,1 bis 5 mm umgesetzt wird,
b) die Teilchen gemäß Verfahrensstufe (a) getrocknet werden,
c) die gemäß Verfahrensstufe (b) getrockneten Teilchen bei einer Temperatur von 700 bis 1100°C thermisch behandelt werden,
d) die thermisch behandelten Teilchen zu metallischem Eisen umgesetzt werden.

1. A process for the thermal treatment of fine-grained iron ore and for the implementation of the thermally treated iron ore to the metallic iron, wherein

a) the fine iron ore is reacted with at least one binder to form particles having a particle size of <0.1 to 5 mm,
b) the particles are dried according to process step (a),
c) the particles dried according to process step (b) are thermally treated at a temperature of 700 to 1100 ° C,
d) the thermally treated particles are converted to metallic iron.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei gemäß Verfahrensstufe (a) als Teilchen Granulate erhalten werden.2. The method of claim 1, wherein according to process step (A) granules are obtained as particles.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei gemäß Verfahrensstufe (a) Teilchen mit einer Teilchengröße von < 0,1 bis 3 mm erhalten werden.3. The method according to claims 1 or 2, wherein according to Process step (a) particles having a particle size of <0.1 to 3 mm.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei gemäß Verfahrensstufe (b) die getrockneten Teilchen mit einer Temperatur von 150 bis 300°C erhalten werden.4. The method according to claims 1 to 3, wherein according to Process step (b) the dried particles with a temperature of 150 to 300 ° C can be obtained.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, wobei gemäß Verfahrensstufe (c) die Teilchen bei einer Temperatur von 800 bis 900°C thermisch behandelt werden. 5. The method according to claims 1 to 4, wherein according to Process step (c) the particles at a temperature be thermally treated from 800 to 900 ° C.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, wobei die Verfahrensstufe (a) mit mindestens einem Bindemittel, wie Bentonit, Löschkalk oder Peridur®, durchgeführt wird.6. Process according to claims 1 to 5, wherein the Process step (a) with at least one binder, Bentonite, slaked lime or Peridur® becomes.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, wobei die Abgase aus der Härtung gemäß Verfahrensstufe (c) in die Trocknung gemäß Verfahrensstufe (b) eingeleitet werden.7. Process according to claims 1 to 6, wherein the Exhaust gases from the curing according to process step (c) in the drying according to process step (b) initiated become.

8. Verfahren nach Anspruch 1 (d) zur Direktreduktion von Eisenoxide enthaltenden Stoffen in Wirbelschichten mit Kreislaufführung von Reduktionsgas, wobei

e) in einer ersten Reduktionsstufe die thermisch behandelten Teilchen in den Wirbelschichtreaktor eines zirkulierenden Wirbelschichtsystems chargiert werden, heißes Reduktionsgas als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor eingeleitet wird, eine Vorreduktion erfolgt, die aus dem Wirbelschichtreaktor ausgetragene Suspension im Rückführzyklon der zirkulierenden Wirbelschicht weitgehend von Feststoff befreit und der abgeschiedene Feststoff in den Wirbelschichtreaktor derart zurückgeleitet wird, daß innerhalb der zirkulierenden Wirbelschicht der stündliche Feststoffumlauf mindestens das Fünffache des im Wirbelschichtreaktor befindlichen Feststoffgewichts beträgt,
f) Feststoff aus der ersten Reduktionsstufe in einer zweiten Reduktionsstufe in eine klassische Wirbelschicht geleitet wird, heißes Reduktionsgas als Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht geleitet wird, der restliche Sauerstoff abgebaut und der Eisengehalt weitgehend in Fe₃C überführt wird, das Abgas aus der klassischen Wirbelschicht als Sekundärgas in den Wirbelschichtreaktor gemäß (e) geleitet und aus der klassischen Wirbelschicht das Fe₃C enthaltende Produkt abgezogen wird,
g) das Abgas aus dem Rückführzyklon gemäß (e) unter den Taupunkt abgekühlt und Wasser aus dem Abgas auskondensiert wird,
h) ein Teilstrom des Abgases abgeführt wird,
i) der restliche Teilstrom nach einer Aufstärkung durch Zugabe von reduzierendem Gas und Aufheizung als Kreislaufgas zum Teil als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor der ersten Reduktionsstufe gemäß (e) und zum Teil in die Wirbelschicht der zweiten Reduktionsstufe gemäß (f) geleitet wird.

8. The method of claim 1 (d) for the direct reduction of iron oxide-containing materials in fluidized beds with circulation of reducing gas, wherein

e) in a first reduction stage, the thermally treated particles are charged into the fluidized bed reactor of a circulating fluidized bed system, hot reducing gas is introduced as Fluidisierungsgas in the fluidized bed reactor, a pre-reduction, the suspension discharged from the fluidized bed reactor freed in the recycling cyclone of the circulating fluidized bed largely of solids and the deposited solid is fed back into the fluidized-bed reactor in such a way that within the circulating fluidized bed the hourly solids circulation amounts to at least five times the solids weight in the fluidized-bed reactor,
f) solid from the first reduction stage is passed in a second reduction stage in a classical fluidized bed, hot reducing gas is passed as Fluidisierungsgas in the classical fluidized bed, degraded the remaining oxygen and the iron content is largely converted into Fe₃C, the exhaust gas from the classical fluidized bed as secondary gas in the fluidized bed reactor according to (e) passed and from the classical fluidized bed, the Fe₃C containing product is withdrawn,
g) the exhaust gas from the recirculation cyclone according to (e) is cooled below the dew point and water is condensed out of the exhaust gas,
h) a partial flow of the exhaust gas is removed,
i) the rest of the partial stream after a reinforcement by adding reducing gas and heating as a recycle gas is passed partly as fluidizing gas in the fluidized bed reactor of the first reduction stage according to (e) and partly in the fluidized bed of the second reduction stage according to (f).

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei 50 bis 80% des Kreislaufgases als Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht der zweiten Reduktionsstufe gemäß (f) geleitet und das restliche Kreislaufgas als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht gemäß (e) geleitet werden.9. The method of claim 8, wherein 50 to 80% of the Kreislaufgases as fluidizing gas in the classic fluidized bed of the second reduction stage passed according to (f) and the remaining cycle gas as Fluidizing gas in the fluidized bed reactor of circulating fluidized bed according to (e) passed become.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei der Druck in der ersten Reduktionsstufe gemäß (e) und der zweiten Reduktionsstufe gemäß (f) so eingestellt wird, daß der Druck im oberen Teil des Wirbelschichtreaktors der zirkulierenden Wirbelschicht gemäß (e) 3 bis 6 bar beträgt. 10. The method according to any one of claims 8 or 9, wherein the pressure in the first reduction stage according to (e) and the second reduction stage according to (f) set so is that the pressure in the upper part of the Fluidized bed reactor of the circulating Fluidized bed according to (e) 3 to 6 bar.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die klassische Wirbelschicht gemäß (f) in einem Reaktor mit rechteckigem Querschnitt mit einem Verhältnis von Länge zu Breite von mindestens 2 : 1 und quer angeordneten Überlauf-Wehren für den Feststoff angeordnet ist.11. The method according to any one of claims 8 to 10, wherein the classical fluidized bed according to (f) in one Rectangular section reactor with a Ratio of length to width of at least 2: 1 and transverse overflow weirs for the Solid is arranged.

12. Verfahren nach Anspruch 1 (d) zur Direktreduktion von Eisenoxide enthaltenden Stoffen in Wirbelschichten mit Kreislaufführung von Reduktionsgas, wobei

j) in einer ersten Reduktionsstufe die Eisenoxide enthaltenden Stoffe in den Wirbelschichtreaktor eines zirkulierenden Wirbelschichtsystems chargiert werden, heißes Reduktionsgas als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor eingeleitet wird, eine Vorreduktion der Eisenoxide erfolgt, die aus dem Wirbelschichtreaktor ausgetragene Suspension im Rückführzyklon der zirkulierenden Wirbelschicht weitgehend von Feststoff befreit und der abgeschiedene Feststoff in den Wirbelschichtreaktor derart zurückgeleitet wird, daß innerhalb der zirkulierenden Wirbelschicht der stündliche Feststoffumlauf mindestens das Fünffache des im Wirbelschichtreaktor befindlichen Feststoffgewichts beträgt,
k) Feststoff aus der ersten Reduktionsstufe in einer zweiten Reduktionsstufe in eine klassische Wirbelschicht geleitet wird, heißes Reduktionsgas als Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht geleitet wird, der restliche Sauerstoff abgebaut und der Eisengehalt zu < 50% in Fe₃C überführt wird, das Abgas aus der klassischen Wirbelschicht als Sekundärgas in den Wirbelschichtreaktor gemäß (j) geleitet und aus der klassischen Wirbelschicht das Produkt abgezogen wird,
l) das Abgas aus dem Rückführzyklon gemäß (j) unter den Taupunkt abgekühlt und Wasser aus dem Abgas auskondensiert wird,
m) ein Teilstrom des Abgases abgeführt wird,
n) der restliche Teilstrom nach einer Aufstärkung durch Zugabe von reduzierendem Gas und Aufheizung als Kreislaufgas zum Teil als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor der ersten Reduktionsstufe gemäß (j) und zum Teil in die Wirbelschicht der zweiten Reduktionsstufe gemäß (k) geleitet wird.

12. The method of claim 1 (d) for the direct reduction of iron oxides containing materials in fluidized beds with circulation of reducing gas, wherein

j) in a first reduction stage, the iron oxide-containing materials are charged into the fluidized bed reactor of a circulating fluidized bed system, hot reducing gas is introduced as Fluidisierungsgas in the fluidized bed reactor, a prereduction of the iron oxides, the freed from the fluidized bed reactor suspension in the recycle cyclone of the circulating fluidized bed largely freed of solids and the separated solid is returned to the fluidized bed reactor such that within the circulating fluidized bed the hourly solids circulation is at least five times that of the solids weight in the fluidized bed reactor,
k) solid from the first reduction stage is passed in a second reduction stage in a classical fluidized bed, hot reducing gas is passed as Fluidisierungsgas in the classical fluidized bed, the remaining oxygen is degraded and the iron content is transferred to <50% in Fe₃C, the exhaust gas from the classical Fluidized bed is passed as a secondary gas in the fluidized bed reactor according to (j) and the product is withdrawn from the classical fluidized bed,
l) the exhaust gas from the recycle cyclone according to (j) is cooled below the dew point and water is condensed out of the exhaust gas,
m) a partial flow of the exhaust gas is removed,
n) the rest of the partial stream after a reinforcement by adding reducing gas and heating as a recycle gas is passed partly as a fluidizing gas in the fluidized bed reactor of the first reduction stage according to (j) and partly in the fluidized bed of the second reduction stage according to (k).

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei 50 bis 80% des Kreislaufgases als Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht der zweiten Reduktionsstufe gemäß (k) geleitet und das restliche Kreislaufgas als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht gemäß (j) geleitet und die Fluidisierungsgase mit einem H₂-Gehalt von 85 bis 95 Vol.-% eingestellt werden.13. The method of claim 12, wherein 50 to 80% of the Kreislaufgases as fluidizing gas in the classic fluidized bed of the second reduction stage passed according to (k) and the remaining cycle gas as Fluidizing gas in the fluidized bed reactor of circulating fluidized bed according to (j) passed and the fluidizing gases with a H₂ content of 85 to Be set 95 vol .-%.

14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei 50 bis 80% des Kreislaufgases als Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht der zweiten Reduktionsstufe gemäß (k) geleitet und das restliche Kreislaufgas als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht gemäß (j) geleitet und die Fluidisierungsgase mit einem H₂-Gehalt von 50 bis 85 Vol.-% eingestellt werden. 14. The method of claim 12, wherein 50 to 80% of the Kreislaufgases as fluidizing gas in the classic fluidized bed of the second reduction stage passed according to (k) and the remaining cycle gas as Fluidizing gas in the fluidized bed reactor of circulating fluidized bed according to (j) passed and the fluidizing gases with a H₂ content of 50 to Be set 85 vol .-%.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Fluidisierungsgase mit einem H₂-Gehalt von 50 bis 75 Vol.-% eingestellt werden.15. The method of claim 14, wherein the Fluidizing gases with a H₂ content of 50 to Be set 75 vol .-%.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei der Druck in der ersten Reduktionsstufe gemäß (j) und der zweiten Reduktionsstufe gemäß (k) so eingestellt wird, daß der Druck im oberen Teil des Wirbelschichtreaktors der zirkulierenden Wirbelschicht gemäß (j) 1,5 bis 6 bar beträgt.16. The method according to any one of claims 12 to 15, wherein the pressure in the first reduction stage according to (j) and the second reduction stage according to (k) set so is that the pressure in the upper part of the Fluidized bed reactor of the circulating Fluidized bed according to (j) is 1.5 to 6 bar.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die klassische Wirbelschicht gemäß (k) in einem Reaktor mit rechteckigem Querschnitt mit einem Verhältnis von Länge zu Breite von mindestens 2 : 1 und quer angeordneten Überlauf-Wehren für den Feststoff angeordnet ist.17. The method according to any one of claims 12 to 16, wherein the classical fluidized bed according to (k) in one Rectangular section reactor with a Ratio of length to width of at least 2: 1 and transverse overflow weirs for the Solid is arranged.

18. Verfahren nach den Ansprüchen 12 bis 17, wobei das gemäß Verfahrensstufe (k) erhaltene Produkt brikettiert, vorzugsweise heiß brikettiert wird.18. The method according to claims 12 to 17, wherein the product obtained according to process step (k) briquetted, preferably briquetted hot.

19. Verfahren nach Anspruch 1 (d) zur Direktreduktion von Eisenoxide enthaltenden Stoffen in Wirbelschichten mit Kreislaufführung von Reduktionsgas, wobei

o) in einer ersten Wirbelschicht Eisenoxide enthaltende Stoffe unter Zufuhr von festem, kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel sowie von sauerstoffhaltigem Gas als Fluidisierungsgas unter schwach reduzierenden Bedingungen zu FeO reduziert und das FeO in einer zweiten Wirbelschicht unter stark reduzierenden Bedingungen bis zur 50 bis 80%igen Metallisierung reduziert wird und die Verweilzeit des Gases in der ersten Wirbelschicht so kurz gewählt wird, daß das Reduktionspotential maximal bis zur Reduktion zum FeO führt,
p) die aus der ersten Wirbelschicht ausgetragene Gas-Feststoff-Suspension in eine zweite Wirbelschicht geleitet wird, in die zweite Wirbelschicht ein stark reduzierendes Gas als Fluidisierungsgas eingeleitet wird, aus dem Oberteil der zweiten Wirbelschicht stark reduzierendes Gas und ein großer Teil des entstandenen abgeschwelten kohlenstoffhaltigen Materials ausgetragen werden,
q) das abgeschwelte kohlenstoffhaltige Material vom Gas abgetrennt und in die erste Wirbelschicht zurückgeführt wird,
r) ein Teil des Gases nach einer Reinigung und CO₂-Entfernung als Fluidisierungsgas in die zweite Wirbelschicht zurückgeleitet wird und aus dem unteren Teil der zweiten Wirbelschicht das reduzierte Material zusammen mit dem restlichen Teil des abgeschwelten kohlenstoffhaltigen Materials ausgetragen wird.

19. The method of claim 1 (d) for the direct reduction of iron oxide-containing materials in fluidized beds with circulation of reducing gas, wherein

o) in a first fluidized bed containing iron oxide materials under supply of solid, carbonaceous reducing agent and oxygen-containing gas as fluidizing gas under weakly reducing conditions to FeO and the FeO is reduced in a second fluidized bed under strongly reducing conditions to 50 to 80% metallization and the residence time of the gas in the first fluidized bed is chosen to be so short that the reduction potential maximally leads to the reduction to FeO,
p) the discharged from the first fluidized bed gas-solid suspension is passed into a second fluidized bed, in the second fluidized bed a strongly reducing gas is introduced as the fluidizing gas from the upper part of the second fluidized bed strongly reducing gas and a large part of the resulting abwelten carbonaceous Materials are discharged,
q) the attenuated carbonaceous material is separated from the gas and returned to the first fluidized bed,
r) a portion of the gas after cleaning and CO₂ removal is returned as fluidizing gas in the second fluidized bed and from the lower part of the second fluidized bed, the reduced material is discharged together with the remaining part of the abgeschwelten carbonaceous material.

20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Menge des im Kreislauf geführten abgeschwelten kohlenstoffhaltigen Materials ein Vielfaches der Menge der chargierten eisenoxidhaltigen Materialien beträgt, und der Wärmeinhalt der aus der ersten in die zweite Wirbelschicht geleiteten Suspension zur Deckung des Wärmeverbrauchs in der zweiten Wirbelschicht verwendet wird. 20. The method of claim 19, wherein the amount of im Cycle controlled carbonated carbonaceous Material is a multiple of the amount of charged iron oxide containing materials, and the Heat content of the first to the second Fluidised bed suspension to cover the Heat consumption in the second fluidized bed is used.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, wobei die Eintrittstemperatur der Suspension in die zweite Wirbelschicht 30 bis 80°C höher liegt als die Temperatur des aus dem Oberteil abgezogenen, stark reduzierenden Gases und das abgeschwelte kohlenstoffhaltige Material das 10- bis 50fache des eingesetzten eisenoxidhaltigen Materials beträgt.21. The method according to any one of claims 19 or 20, wherein the inlet temperature of the suspension in the second Fluidized bed 30 to 80 ° C higher than that Temperature of the withdrawn from the top, strong reducing gas and the abgeschwelte Carbonaceous material 10 to 50 times that used iron oxide containing material.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei aus dem aus dem unteren Teil der zweiten Wirbelschicht ausgetragenen Material das abgeschwelte kohlenstoffhaltige Material abgetrennt und mindestens ein Teil in die erste Wirbelschicht zurückgeführt wird.22. The method according to any one of claims 19 to 21, wherein from the from the lower part of the second Fluidized bed discharged material the abgeschwelte carbonaceous material separated and at least a part returned to the first fluidized bed becomes.