DE69018500T2

DE69018500T2 - Verfahren zur Schmelzreduktion von Nickelerzen.

Info

Publication number: DE69018500T2
Application number: DE69018500T
Authority: DE
Inventors: Katshuhiro Iwasaki; Masahiro Kawakami; Toshio Takaoka; Chihiro Taki; Haruyoshi Tanabe
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1989-03-09
Filing date: 1990-01-12
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2010-01-13
Also published as: CA2011702C; US5047082A; AU624893B2; TW211587B; DE69018500D1; BR9001096A; EP0386407A2; EP0386407A3; CN1045423A; KR900014611A; JPH0791600B2; AU4776090A; KR930001130B1; CN1021348C; JPH02236235A; EP0386407B1; CA2011702A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schmelzreduktionsverfahren von Nickelerzen, und insbesondere ein Verfahren zur Schmelzreduktion von Ni-Erz, bei dem ein Schmelzreduktionsofen vom Konverter-Typ angewandt wird, worin sich ein Auswurf (plötzlicher Anstieg) von Schlacke wegen in großen Mengen erzeugter Schlacke erfolgreich verhindern läßt.
Rostfreier Stahl ist früher durch Schmelzen von Schrott und Ferrochroin und Ferronickel, die Eisenlegierungen darstellen, oder auch von Elektrolytnickel in einem elektrischen Ofen hergestellt worden. D. h., Cr und Ni, die wichtige Bestandteile von rostfreiem Stahl darstellt, sind durch Schmelzen einer Eisenlegierung erhalten worden; die in einem elektrischen Ofen reduziert worden ist. Gegenüber diesen Verfahren des Standes der Technik wird neuerdings die Aufmerksamkeit im Hinblick auf Energieeinsparung und Senkung der Produktionskosten auf ein Schinelzreduktionsverfahren gerichtet, bei dem geschinolzenes Metall mit hohem Chromgehalt direkt aus Cr-Erz als Chromquelle erhalten wird. Ein solches Verfahren ist z. B. in US-A-4 565 574 offenbart.
Was nun Cr betrifft, wird versucht, rostfreien Stahl herzustellen, wobei Cr-Erz in einem Schmelzreduktionsofen vom Konverter-Typ direkt reduziert wird, wie oben beschrieben. Es ist allerdings bisher nicht versucht worden, rostfreien Stahl herzustellen, wobei Ni-Erz direkt reduziert wird. Der Grund dafür beruht darauf, daß, weil lediglich ca. 2 bis 3 % Ni in Ni-Erz enthalten sind, eine große Menge an Ni-Erz bei Herstellung von rostfreiem Stahl bei Direktreduktion von Ni- Erz eingesetzt werden muß, weswegen die Betriebsbedingungen in einem entsprechenden Ofen vom Konverter-Typ als schwierig erachtet werden. Im Falle der Herstellung eines rostfreien Stahls mit 8 % Ni werden z. B. 3 bis 4 Tonnen Ni-Erz pro Tonne rostfreiem Stahl eingesetzt. Demzufolge besteht bei der Schmelzreduktion von Ni-Erz die Möglichkeit eines Betriebsstillstands, von Schädigungen von Anlagenteilen und Ausrüstungsgegenständen oder eines Absinkens der Ausbeute an Ni wegen des Auftretens eines im Zusammenhang mit der Erzeugung einer großen Menge an Schlacke stehenden Auswurfs. Wird andererseits die Schlacke zur Vermeidung des Auftretens des Auswurfs mehrmals aus dem Ofen entfernt, kann die Ausbeute an Ni infolge des Entweichens von geschmolzenem Metall bei der Schlackeentfernung extrem absinken, wodurch sich die Effizienz des Verfahrens erniedrigt.
Die vorliegende Erfindung ist auf die oben beschriebene problemsituation gerichtet, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Schmelzreduktion von Ni-Erz anzugeben, bei dem die Stabilität der Betriebsbedingungen gewährleistet ist und die Ausbeute an Ni durch Vorhandensein bzw. Auftreten einer großen Menge an Schlacke nicht erniedrigt wird.
Zur Lösung der obengenannten Aufgabe wird ein Verfahren zur Schmelzreduktion von Ni-Erz zur Verfügung gestellt, welches Stufen umfaßt, in denen man:
Ni-Erz und Kohlenstoff-haltiges Material in einen Schmelzreduktionsofen vom Konverter-Typ einspeist, der am Boden angeordnete Blasdüsen und eine von oben kommende Blaslanze aufweist, wobei der genannte Schinelzreduktionsofen geschmolzenes Metall aufnimmt und enthält,
Sauerstoffgas aus der genannten von oben kommenden Blaslanze und ein Rührgas aus den am Boden angeordneten Blasdüsen in den genannten Ofen bläst und
die Entladung von Schlacke so gestaltet, daß die durch die Gleichung dargestellte Beziehung:
Vo > 0,4 Ws + 1,0
erfüllt ist, wobei Vo (m³ pro Tonne geschmolzenes Metall) ein spezifisches Volumen des genannten Schmelzreduktionsofens pro Tonne geschmolzenes Metall und Ws (Tonne pro Tonne geschmolzenes Metall) ein spezifisches Gewicht der Schlacke pro Tonne geschmolzenes Metall darstellen. Bevorzugte Ausgestaltungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die obigen Sachverhalte und weitere Sachverhalte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
Fig. 1 stellt einen senkrechten Querschnitt dar, der einen Schmelzreduktionsofen eines Beispiels der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Menge an in den Schmelzreduktionsofen eingespeistem Ni-Erz und dem Niveau (Höhenstand) der Schlacke im Schmelzreduktionsofen angibt; und
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen spezifischem Gewicht und spezifischem Volumen der Schlacke im Schmelzreduktionsofen angibt.
Es wird nun ein Beispiel der vorliegenden Erfindung unter besonderem Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 stelle den Schmelzreduktionsofen 10 des Beispiels dar. In der Zeichnung bezeichnen Bezugsziffer 21 eine oben angeordnete Blaslanze, 22 unten angeordnete Blasdüsen, 11 geschmolzenes Metall, 12 die Schlackenschicht, 23 einen Trichtersilo zur Einspeisung von Ni-Erz, Kohlenstoff-haltigem Material oder Flußmittel als Zufuhrmaterialien in den Schmelzreduktionsofen 10 sowie 24 die Zufuhrleitung zur Zuführung von Rührgas zu den am Boden angeordneten Blasdüsen 22.
Es wird nun ein Verfahren zur Herstellung von geschmolzenem Metall beschrieben, das eine vorbestimmte Menge an Ni aufweist, wobei der oben beschriebene Schmelzreduktionsofen zum Einsatz kommt. Zuerst wird geschmolzenes Eisenmetall in den Schmelzreduktionsofen gegeben. Anschließend wird Kohlenstoff-haltiges Material in den Schmelzofen gegeben. Nachdem Sauerstoffgas in den Schmelzreduktionsofen geblasen und die Temperatur des geschmolzenen Metalls bis auf ca. 1500ºC angehoben worden sind, wird sodann damit begonnen, Ni- Erz in den Schmelzreduktionsofen 10 einzuspeisen. Im Falle wiederholter Ausführung der Maßnahmen baut sich das geschmolzene Metall, das vorher eingespeist worden ist, mit geschmolzenem Metall auf, das Ni enthält.
Es wird damit begonnen, das Rührgas aus den am Boden befindlichen Blasdüsen 22 in den Schmelzreduktionsofen 10 mit Beginn des Zeitpunkts der Zugabe des geschmolzenen Metalls in den Schmelzreduktionsofen 10 mit einer solchen Fließgeschwindigkeit des Rührgases einzublasen, daß die Düsen 22 nicht verstopft werden können. Der Blasdruck des genannten Rührgases wird, falls erforderlich, erhöht. Zugeführtes Ni- Erz wird im geschmolzenen Metall durch C reduziert. Die Schmelzwärmeenergie für das Ni-Erz wird durch die Verbrennung des Kohlenstoff-haltigen Materials durch dessen Reaktion mit Sauerstoff aufgebracht, d. h. durch die Reaktion C CO, CO CO&sub2;.
Der Gehalt an Oxiden von Fe und Ni, die in gewöhnlich eingesetztem Ni-Erz enthalten sind, beträgt ca. 30 %. Die restlichen 70 % bestehen aus SiO&sub2;, MgO, Kristallwasser und weiteren Schlackenbestandteilen. Der Gehalt an Ni im Ni-Erz beträgt ca. 2 bis 3 %. Schlacke, die sowohl aus Ni-Erz als auch aus dem Kohlenstoff-haltigen Material erzeugt ist, bildet die Schlacke bei der Schmelzreduktion des Ni-Erzes. Das Schlackengewicht kommt zu ca. 80 Gew.% aus dem Ni-Erz. Demzufolge werden bei der Erzeugung von geschmolzenem Metall mit einem Gehalt von 8 Gew.% Ni 2 bis 3 Tonnen Schlacke pro Tonne geschmolzenes Metall erzeugt, wenngleich die Menge an erzeugter Schlacke pro Tonne geschmolzenem Metall schwankt, abhängig vom Gehalt an Ni im Ni-Erz und der vorbestimmten Gehaltsmenge an Ni im geschmolzenen Eisen. Da das Schüttgewicht von Schlacke während der Schmelzreduktion ca. 1,5 beträgt, kann das Schlackenvolumen ca. 15-fach größer als das des geschmolzenen Metalls ausfallen. Tnfolgedessen können Betriebsunterbrechungen und Schädigungen von Anlagen- bzw. Ausrüstungsgegenständen durch einen Auswurf der Schlacke auftreten, was stabile Betriebs- bzw. Verfahrensbedingungen verhindert und die Ausbeute an Ni herabsetzt. Außerdem kann die Ausbeute an Ni dadurch stark herabgesetzt werden, daß geschmolzenes Metall beim Austragen von Schlacke mitausfließt, wobei die Anzahl von Entladungsmaßnahmen der Schlacke während der Schmelzreduktion von Ni-Erz zu erhöhen ist, um einen andernfalls wegen der großen Schalckemenge einsetzenden Auswurf von Schlacke zu verhindern.
Das Problem stellt sich beim Volumen des Schmelzreduktionsofens und dem Zeitpunkt des Austrags von Schlacke, und zwar dahingehend, daß Stabilität der Betriebsbedingungen und Ausbeutesteigerung von Ni zu gewährleisten sind. Es wurden daher Untersuchungen und Tests durchgeführt, um die Beziehung zwischen der Menge an in den Schmelzreduktionsofen eingespeistem Ni-Erz und dem darin sich einstellenden Höhenstand der Schlacke herauszufinden, um den geeigneten Zeitpunktsbereich der Abführung von Schlacke, die Menge an in den Schmelzreduktionsofen einzuführendem Ni-Erz und das passende Volumen des Schmelzreduktionsofens aufzufinden. Das Ergebnis der Untersuchungstests ist in Fig. 2 angegeben. In Fig. 2 weist das Diagramm eine gerade Linie auf, wenn die Menge an zugeführtem Ni-Erz 4 t oder mehr beträgt. Es wird angenommen, daß sich dies deshalb so darstellt, weil das Volumen von in der Schlacke enthaltenem Gas groß ist, solange das Volumen der Schlacke noch klein ist. Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen einem spezifischen Gewicht Ws und einem spezifischen Volumen Vs der Schlacke angibt, welche durch Analyse der Meßergebnisse aus Fig. 2 erhalten wurde. Ws ist ein spezifisches Gewicht von Schlacke pro Tonne geschmolzenes Metall, und Vs ist ein spezifisches Volumen des Schmelzreduktionsofens pro Tonne Schlacke. Im folgenden sind die Einheiten von V und W dieselben wie die oben genannten. Aus dem Diagramm in Fig. 3 kann die Beziehung zwischen spezifischem Gewicht Ws und spezifischem Volumen Vs der Schlacke durch die Gleichung Vs = 0,4 Ws + 0,85 im Bereich der geraden Linie dargestellt werden, worin Ws 1 oder mehr ist. Durch Addition des spezifischen Volumens von geschmolzenem Metall von 0,15 zu dieser Gleichung läßt sich ein spezifisches Volumen Vsm der Schlacke und von geschmolzenem Metall, das im Schmelzreduktionsofen gehalten wird, durch die folgende Gleichung darstellen:
Vsm = 0,4 Ws + 1,0 ... (1)
Es wird eine Konstante der Gleichung (1) ermittelt, so daß die Einheiten auf beiden Seiten der Gleichung dieselben sein können. Ein tatsächlicher Betriebszustand erfüllt Ws > 1. Das Volumen des Schmelzreduktionsofens und der Zeitpunktsbereich für die Entlademaßnahme der Schlacke werden nachfolgend unter Bezug auf die genannte Gleichung (1) untersucht.
Bei Definition des spezifischen Volumens des Schmelzreduktionsofens 10 mit Vo ist die folgende Bedingung unabdingbar, um zu verhindern, daß der Schmelzreduktionsofen wegen des Auswurfs von Schlacke unstabil betrieben wird:
Vsm < Vo ... (2)
Diese Bedingung läßt sich durch Einsetzen der Gleichung (1) in die Gleichung (2) wie folgt darstellen:
Vo > 0,4 Ws + 1,0 ... (3)
Ferner läßt sich die Gleichung (2) in die folgende Gleichung überführen:
Vsm = α V ... (4)
In Gleichung (4) gilt für α: 0 < α < 1. Ist α annähernd 1, kann sich der Betriebsablauf wegen des Auswurfs von Schlacke unstabil gestalten, wenn dagegen α annähernd 0 ist, wird das Volumen des Schmelzreduktionsofens zu groß, wobei allerdings ein möglicher Auswurf von Schlacke den Betriebsablauf nicht stört. Beide Fälle ergeben unwirtschaftliche Bedingungen und machen es schwierig, eine effektive Betriebs- bzw. Verfahrensweise durchzuführen. Bezogen auf den oben Verfahrensweise durchzuführen. Bezogen auf den oben beschriebenen Sachverhalt, sollte α innerhalb des folgenden Bereichs liegen:
0,8 < α < 0,95 ... (5)
Diese Bedingung läßt sich in die folgende Gleichung überführen, indem man die Gleichungen (1) und (4) in (die mit Vo multiplizierte) Gleichung (5) einsetzt
0,8 Vo < 0,4 Ws + 1,0 < 0,95 Vo ... (6)
Aus den Gleichungen (3) oder (6) wird der Zeitpunktsbereich für die Entleerung der Schlacke im Hinblick bzw. unter Bezug auf das spezifische Gewicht Ws der Schlacke ermittelt, so daß ein Auswurf bzw. ein abrupter Anstieg der Schlacke nicht auftreten können. Wird das zulässige spezifische Gewicht Ws der erzeugten Schlacke auf der Basis einer vorbestimmten Menge an geschmolzenem Ni-Metall und an Ni-Komponente, die im geschmolzenen Metall enthalten ist, ermittelt und so festgelegt, daß kein Auswurf von Schlacke vor deren Entleerung erzeugt werden bzw. auftreten kann, läßt sich das spezifische Volumen des Schmelzreduktionsofens herausfinden und entsprechend festlegen. Da die Beziehung zwischen der Menge Wn des in den Ofen eingespeisten Ni-Erzes und dem genannten Ws auf einfache Weise aus der Menge des in den Ofen eingespeisten Materials und der Ni-Kompnente, die im Ni-Erz enthalten ist, bekannt ist, kann der Zeitpunktsbereich zur Entleerung der Schlacke ermittelt und festgelegt werden, um unstabile Betriebsbedingungen im Ofen und ein Absinken der Ni-Ausbeute, welche im Zusammenhang mit dem Auftreten des Auswurfs von Schlacke stehen, zu vermeiden.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung die Beziehung zwischen der Schlackemenge und der Menge des in den Schmelzreduktionsofen eingespeisten Ni-Erzes aufgefunden ist, kann der Zeitpunktsbereich zur Entleerung von Schlacke oder geschmolzenem Metall ermittelt und so festgelegt werden, daß kein Auswurf von Schlacke auftreten kann. Außerdem kann man auch, wenn die Menge an zu erzeugendem geschmolzenem Metall und der Gehalt von Ni ermittelt und festgelegt sind, ein günstiges Volumen für den Schmelzreduktionsofen herausfinden.

BEISPIEL

Es wird ein spezifisches Beispiel beschrieben, wobei Ni-Erz geschmolzen wird, und zwar in einem Schmelzreduktionsofen von 5 Tonnen Kapazität bei einem entsprechend festgelegten (spezifischen) Gehaltsvolumen von 10 m³. Die Menge an erzeugter Schlacke beträgt 80 % der Menge des in den oben beschriebenen Ofen eingespeisten Ni-Erzes. Bei einem Wert für die Menge des in den Ofen eingespeisten Ni-Erzes vor der Entleerung von Schlacke von 13 t/ch und demzufolge bei einem
Wert für die Schlacke von 10 t/ch wird Vsm = 0,4 x 2,0 + 1,0 = 1,80 durch Einsetzen von
Ws = 10/5 = 2,0 in die Gleichung (1) erhalten. Mit α = Vsm/Vo = 1,8/2 = 0,90 wird die folgende Gleichung erhalten:
0,8 < α = 0,90 < 0,95.
Somit ist die oben angegebene Gleichung (5) erfüllt. Demnach kann für den Fall, daß die Schlacke entfernt wird, wenn die Menge an in den Ofen eingespeistem Ni-Erz 13 t erreicht, der Auswurf von Schlacke erfolgreich vermieden werden.

Claims

1. Verfahren zur Schmelzreduktion von Ni-Erz, wobei Stufen umfaßt sind, in denen man:

Ni-Erz und Kohlenstoff-haltiges Material in einen Schmelzreduktionsofen (10) vom Konverter-Typ einspeist, welcher am Boden angeordnete Blasdüsen (22) und eine von oben kommende Blaslanze (21) aufweist, wobei der genannte Schmelzreduktionsofen ein geschmolzenes Metall (11) enthält, und

Sauerstoffgas aus der genannten von oben kommenden Blaslanze und ein Rührgas aus den genannten am Boden befindlichen Blasdüsen in den genannten Ofen einbläst,

dadurch gekennzeichnet, daß man die gebildete Schlacke entfernt, so daß eine Beziehung erfüllt ist, die durch die Gleichung dargestellt ist:

Vo > 0,4 Ws + 1,0

wobei Vo (m³ pro Tonne geschmolzenes Metall) ein spezifisches Volumen des genannten Schmelzreduktionsofens pro Tonne geschmolzenes Metall und Ws (Tonne pro Tonne geschmolzenes Metall) ein spezifisches Gewicht der Schlacke pro Tonne geschmolzenes Metall darstellen.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der genannten Entfernung der Schlacke der Entleerungsvorgang für die Schlacke so gestaltet ist, daß eine Beziehung erfüllt ist, die durch die Gleichung dargestellt ist:

0,4 Ws + 1,0 < Vo < (0,4 Ws + 1,0) /0,8

wobei Vo (m³ pro Tonne geschmolzenes Metall) das spezifische Volumen des genannten Schmelzreduktionsofens pro Tonne geschmolzenes Metall und Ws (Tonne pro Tonne geschmolzenes Metall) das spezifische Gewicht der Schlacke pro Tonne geschmolzenes Metall darstellen.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der genannten Entfernung der Schlacke der Entleerungsvorgang für die Schlacke so gestaltet ist, daß eine Beziehung erfüllt ist, die durch die Gleichung dargestellt ist:

(0,4 Ws + 1,0) /0,95 < Vo < (0,4 Ws + 1,0) /0,8