DE69130959T2 - Kontinuierliche Herstellung von Eisen-Kohlenstoff-Legierung aus Eisenkarbid - Google Patents
Kontinuierliche Herstellung von Eisen-Kohlenstoff-Legierung aus EisenkarbidInfo
- Publication number
- DE69130959T2 DE69130959T2 DE69130959T DE69130959T DE69130959T2 DE 69130959 T2 DE69130959 T2 DE 69130959T2 DE 69130959 T DE69130959 T DE 69130959T DE 69130959 T DE69130959 T DE 69130959T DE 69130959 T2 DE69130959 T2 DE 69130959T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- iron
- reactor
- carbon alloy
- carbon
- mineral material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910001339 C alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 119
- QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N methylidyneiron Chemical compound [C].[Fe] QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 119
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 99
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 title claims abstract description 8
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 140
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 100
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 100
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 91
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 79
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 69
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 69
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 66
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 64
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 62
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 61
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 59
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 40
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 42
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 9
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 8
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 abstract description 18
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 abstract description 5
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 73
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 53
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 14
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 14
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 12
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 10
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 10
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 10
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 10
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 8
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 8
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 8
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 8
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 7
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 7
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 6
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 6
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 5
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 4
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000153 supplemental effect Effects 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 3
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 description 2
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 2
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 2
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- 229910017368 Fe3 O4 Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 101100311330 Schizosaccharomyces pombe (strain 972 / ATCC 24843) uap56 gene Proteins 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000009853 pyrometallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000003923 scrap metal Substances 0.000 description 1
- 101150018444 sub2 gene Proteins 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910052882 wollastonite Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/14—Multi-stage processes processes carried out in different vessels or furnaces
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
- Y02P10/134—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by avoiding CO2, e.g. using hydrogen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)
- Manufacture Of Iron (AREA)
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen auf dem Gebiet der Pyrometallurgie von Eisenmetallen.
- Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Herstellung von Eisenkohlenstoff-Legierungen.
- Verfahren zur Umwandlung von Eisenerz in Stahl im diskontinuierlichen Betrieb sind wohlbekannt. Das Eisenerz wird zuerst in einem Hochofen zu Roheisen reduziert, das dann zusammen mit Alteisen oder Stahlschrott einem Aufblaskonverter oder einem Elektroofen im diskontinuierlichen Betrieb zugeführt wird. Historisch wurden für diese Verfahren große Mengen an Energie verwendet. Sie werden auch mit Umweltproblemen in Verbindung gebracht, die durch Emissionen aus den Verarbeitungsanlagen entstehen. Bemühungen, die Produktionskosten zu vermindern, waren auf diese beiden Probleme gerichtet; zuerst auf die Reduktion der mit dem Energieverbrauch verbundenen Aufwendungen und als zweites auf die Reduktion der Aufwendungen als Ergebnis von Verbesserungen der Handhabung oder Minimierung von Umweltverschmutzungen.
- Stephens (U.S.-Patent Nr. RE 32 247) offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Eisencarbid aus Eisenerz unter Verwendung eines Wirbelschichtverfahrens, das die Notwendigkeit für einen Hochofen vermeidet. Das Eisencarbidprodukt wird dann entweder einem Aufblaskonverter oder einem Elektroofen in einem diskontinuierlichen Verfahren zugeführt. Es gibt jedoch keine Lehre zur Verwendung des Eisencarbids als Beschickung für ein kontinuierliches Verfahren zur Erzeugung von Eisenkohlenstofflegierungen.
- Die diskontinuierlichen Verfahren des Standes der Technik unter Verwendung entweder eines Aufblaskonverters oder eines Elektroofens sind offen zur Atmosphäre. Die Notwendigkeit, Gase und andere Emissionen einzufangen und zu behandeln, die von diesem offenen Verfahren emittiert werden, haben den Einbau einer verbesserten Emissionskontrolleinrichtung notwendig gemacht. Diese Einrichtung muß nicht nur so ausgebildet sein, daß Emissionen, die aus den diskontinuierlichen Verfahren selbst stammen, behandelt werden, sondern auch für große Volumina von Luft, die aus der Umgebung in die Einrichtung gezogen werden. Dies erhöht die Kapitalkosten, die zur Errichtung und Unterhaltung von diskontinuierlich arbeitenden Stahlherstellungsanlagen erforderlich sind, beträchtlich.
- Queneau et al. (U.S.-Patent Nr. 4 085 923) offenbart eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Verarbeitung von Nichteisenmetallerzen, die erhebliche Mengen an Schwefel enthalten, in einem geschlossenen Reaktor. Dieses System befaßt sich mit dem Problem, daß für die Umgebung schädliche Reaktionsproduktabgase, wie Schwefeldioxid und dgl., enthalten sind. Queneau et al. schlagen vor, daß dieses System für die direkte Herstellung von Stahl aus Eisenoxiderzen verwendet werden könnte. Es wird jedoch angenommen, daß die Notwendigkeit, große Mengen an Kohlebrennstoff dem Reaktor zuzugeben, um die Eisenoxide vollständig zu reduzieren, das Interesse an der Entwicklung und Verwendung eines solchen Verfahrens begrenzt hat. Es wird weiter angenommen, daß der Queneau-Schuhmann-(Q-S)-Reaktor, der von Queneau et al. offenbart wird, niemals erfolgreich für solch eine Reaktion verwendet wurde. Dies beruht auf der offensichtlichen Schwierigkeit, einem solchen Reaktor genug Wärme zuzuführen, um das Eisenoxidreduktionsverfahren abzuschließen. Weiterhin wird, wenn Kohle als Kohlebrennstoff zur Erzeugung von Wärme verwendet wird, die Kohle wahrscheinlich Schwefel in das System eintragen, was es dann notwendig machen würde, teure Emissionskontrolleinrichtungen zu verwenden, wie vorher erwähnt, und Schwefel in das Metallprodukt einführen würde.
- Paul E, Queneau beschreibt in "The QSL-Reaktor for Lead and Its Pros-pects for Ni, Cu and Fe", Journal of Metals, Dezember 1989, Seiten 30-35 Ausblicke auf die Verwendung des Queneau-Schuhmann-Reaktors für Fe. Insbesondere in Fig. 9 dieses Artikels wird angegeben, wie der Q-S-Konverter modifiziert werden könnte für eine kontinuierliche Stahlherstellung. Er schlägt vor, daß dieser Reaktor für die direkte Herstellung von Stahl aus Eisenoxiderzen verwendet werden könnte. Es ist jedoch zumindest fraglich, ob der Queneau-Schuhmann-Reaktor für eine solche Reaktion verwendet werden kann, wegen der offensichtlichen Schwierigkeit, einem solchen kontinuierlichen Reaktor genug Wärme zuzuführen, um das Eisenoxidreduktionsverfahren abzuschließen. Der Autor selbst nimmt Bezug auf ungelöste Probleme mit seinem Vorschlag, eine Beschickung von Eisenoxid, Kohlenstoff und Sauerstoff "direkt" in Stahl umzuwandeln.
- In dem U.S.-Patent US-A 4 053 301 wird ein diskontinuierliches Herstellungsverfahren für Stahl offenbart: Das Verfahren gemäß diesem Dokument verwendet den Aufblaskonverter (BOF) oder den Lichtbogenofen (EAF) zur Stahlherstellung. In einer ersten Stufe werden die Oxide in einer Wirbelbetteinheit in Eisencarbid umgewandelt. In einer zweiten Stufe wird das Eisencarbid in einem Aufblaskonverter in Stahl umgewandelt.
- Somit besteht ein Bedarf für ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Eisenkohlenstofflegierungen unter Verwendung eines geschlossenen Reaktors. Die vorliegende Erfindung erfüllt diesen Bedarf und löst auch andere Probleme, die mit der Herstellung von Eisenkohlenstofflegierungen verbunden sind. Die vorliegende Erfindung bietet auch weitere Vorteile gegenüber dem Stand der Technik und löst andere damit verbundene Probleme.
- Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung von Eisenkohlenstofflegierungen in einem kontinuierlichen, energieeffizienten und für die Umwelt fortschrittlichen Verfahren. Dieses Verfahren schließt die Stufe ein, daß man
- (a) eine Reaktoreinrichtung zur Aufnahme und Reaktion von mineralischem Material bereitstellt, wobei die Reaktoreinrichtung einen geschlossenen Reaktor einschließt, der ein geschmolzenes Bad aus metallischem Material enthält, wobei der geschlossene Reaktor das Eintreten und Austreten von atmosphärischen Gasen und gasförmigen Reaktionsprodukten beschränken kann und ist gekennzeichnet durch die Stufen, daß man
- (b) festes mineralisches Material dem geschmolzenen Bad aus metallischem Material innerhalb des geschlossenen Reaktors kontinuierlich zuführt, so daß das feste mineralische Material mit dem geschmolzenen Bad aus metallischem Material vermischt wird und ein Teil davon wird, wobei das feste mineralische Material sowohl Eisencarbid als auch mindestens Spurenmengen von Eisenoxid enthält, wobei der Eisencarbidgehalt des festen mineralischen Materials mindestens 50 Gew.-% ist und wobei das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in dem festen mineralischen Material mindestens 2 oder mehr ist und
- (c) das geschmolzene metallische Material gleichzeitig mit Sauerstoff umsetzt bei einer Temperatur, die ausreicht, um Kohlenmonoxid als gasförmiges Reaktionsprodukt zu bilden, wobei die Stufe des gleichzeitigen Umsetzens einschließt, daß man Sauerstoff in das geschmolzene Bad aus metallischem Material innerhalb des Reaktors einbläst, um die Reaktion des Sauerstoffs mit dem Kohlenstoff des Eisencarbids zu erleichtern, um ein Kohlenmonoxidreaktionsprodukt zu bilden, das anschließend in einen Dampfraum innerhalb des Reaktors, der oberhalb des geschlossenen Bades angeordnet ist, eintritt.
- Bevorzugt hat der Reaktor ein Beschickungsende und ein Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende und der Reaktor ist der Länge nach geneigt, so daß das Eisenkohlenstofflegierungsreaktionsprodukt in dem geschmolzenen Bad zu dem Entfernungsende hin fließt.
- Der Ausdruck "mineralisches Material" und/oder "mineralisches Beschickungsmaterial", wie er in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, bedeutet ein Material, das Mineralien und/oder Metalle in irgendeiner Form enthält und kann verarbeitetes mineralisches Material, z. B. Eisencarbid und dgl., einschließen, das als Metall oder metallisches Material gekennzeichnet werden könnte. Es ist offensichtlich, daß dann, wenn die Menge an Eisenoxid kleiner und kleiner wird, das Verhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid sich dem Unendlichen annähern kann.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch Sauerstoff in den Dampfraum des Reaktors eingeblasen, wo er mit dem Kohlenmonoxidreaktionsprodukt reagiert unter Erzeugung von Kohlendioxid und Wärme, um die Reaktion anzutreiben. Bevorzugt ist das Gewichtsverhältnis von festem mineralischem Material ausreichend, daß das Eisencarbid ausreichend Kohlenmonoxid erzeugt, um Wärme zu erzeugen, um die Reaktion ohne weitere wesentliche Zuführung weiterer Wärme oder einer Quelle von Wärme anzutreiben. Es ist anzunehmen, daß weniger zusätzliche Wärme oder Wärmequellen erforderlich sind, wenn die relative Menge an Eisenoxid, im Vergleich zu Eisencarbid, vermindert wird. Wenn das Gewichtsverhältnis groß genug ist, ist die Reaktion innerhalb des geschlossenen Reaktors bevorzugt eine autogene Reaktion, die unbegrenzt fortschreiten kann ohne die Zuführung von Wärme aus äußeren Quellen oder die wesentliche Zuführung von Wärmequellen außer zufällig vorhandenen Kohlenwasserstoffen, bevorzugt Methan, die in das geschmolzene Bad mit Sauerstoff eintreten, der in das geschmolzene Bad durch abgeschirmte Savard-Lee-Injektoren für Kohlenwasserstoff eingeblasen wird.
- Die vorliegende Erfindung liefert auch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Erzeugung von Eisenkohlenstofflegierung, wobei die Vorrichtung eine erste Reaktoreinrichtung, um Eisenoxid in Eisencarbid umzuwandeln, und eine zweite Reaktoreinrichtung, um Eisencarbid in Eisenkohlenstofflegierung umzuwandeln, umfaßt, wobei die zweite Reaktoreinrichtung dazu vorgesehen ist, kontinuierlich das in der ersten Reaktoreinrichtung erzeugte Eisencarbid aufzunehmen und einen geschlossenen Reaktor einschließt mit einer Gehäuseeinrichtung, um das Ein- und Austreten von atmosphärischen Gasen und gasförmigen Reaktionsprodukten zu beschränken, wobei der abgeschlossene Reaktor ein Gehäuse aufweist mit einem geschmolzenen Bad aus metallischem Material und einem Dampfraum oberhalb des geschmolzenen Bades, der gasförmige Reaktionsprodukte ent hält, wobei der abgeschlossene Reaktor weiterhin ein Beschickungsende und ein Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende aufweist, aus dem Eisenkohlenstofflegierung kontinuierlich entnommen werden kann.
- Es ist offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung viele Vorteile gegenüber der bekannten Technologie zur Herstellung von Eisenkohlenstofflegierungen schafft. Der größte dieser Vorteile ist damit verbunden, daß das Verfahren kontinuierlich ist und der Tatsache, daß das Verfahren einen geschlossenen Reaktor verwendet, der das Ein- und Austreten von atmosphärischen Gasen und gasförmigen Reaktionsprodukten verhindert. Ein kontinuierliches Reaktorsystem vermeidet zusätzliche Rüstzeiten und Anfahrzeiten, die mit allen diskontinuierlich arbeitenden Verfahren verbunden sind. Das geschlossene Reaktorsystem läßt die Kontrolle der Abgase in einer solchen Weise zu, daß eine weitere Reaktion dieser Gase mit anderen chemischen Verbindungen möglich ist und auch die Gewinnung von Wärme, die durch diese Reaktionen erzeugt wird. Weiterhin minimiert das vorliegende Verfahren den Bedarf für große, teure Luftbehandlungsvorrichtungen, die notwendig sind für Einrichtungen, die zur Atmosphäre offen sind, wie bei den derzeit bekannten diskontinuierlichen Stahlherstellungstechnologien.
- Bei der vorliegenden Erfindung wird festes mineralisches Material, das Eisencarbid, bevorzugt sowohl Eisencarbid als auch Spurenmengen an Eisenoxid, enthält, dem geschlossenen Reaktorsystem, das ein geschmolzenes Bad aus mineralischem Material enthält, zugeführt. Eine Vielzahl von Methoden kann verwendet werden, um dieses anfängliche geschmolzene Bad für das Anfahren des Reaktorsystems bereitzustellen. Wenige, nicht beschränkende Beispiele schließen ein, daß man äußere Brenner bereitstellt, um den Reaktorinhalt zu erwärmen oder einen Beschickungsvorwärmer bereitstellt, der das Beschickungsmaterial in den geschmolzenen Zustand überführen kann. Bevorzugt wird das geschmolzene Bad erzeugt, indem Stahlschrott erwärmt wird, der ein geeignetes geschmolzenes metallisches Material liefert, um das Verfahren zu starten.
- Sauerstoff wird in das geschmolzene Bad aus metallischem Material in dem Reaktor eingeblasen. Es wird angenommen, daß Sauerstoff effizient mit dem Eisencarbid in der Beschickung unter Bildung von Eisenkohlenstofflegierungen und Kohlenmonoxid reagiert. Das Kohlenmonoxid wandert dann in den Dampfraum innerhalb des Reaktors, wo es mit weiterem Sauerstoff, der dem Reaktor zugeführt wird, reagiert, um Wärme zu erzeugen, um die Reaktion anzutreiben. Es ist offensichtlich, daß es bevorzugt ist, daß das Eisencarbid den notwendigen Kohlenstoff liefert, um die Reduktion von Eisenoxid effektiv abzuschließen und daß das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in dem festen mineralischen Beschickungsmaterial variiert wird, um die Energieeffizienz der Reaktion zu verbessern. Die Gegenwart von ausreichend Kohlenstoff in dem nichtschwefelhaltigen mineralischen Beschickungsmaterial minimiert den Bedarf für eine wesentliche Zuführung von zusätzlicher Energie. Obwohl ergänzende Energie bereitgestellt werden könnte, indem eine ergänzende Kohlenstoffquelle bereitgestellt wird, führen einige ergänzende Kohlenstoffquellen, wie Kohle, Holzkohle oder dgl., dem System Schwefel zu. Es ist anzunehmen, daß es unerwünscht wäre, solche Zugaben zu machen, da dies die Einrichtung von teuren Behandlungssystemen, entweder um die Schwefelemissionen aus dem Verfahren zu kontrollieren oder um Schwefel aus dem Stahlendprodukt zu entfernen, erfordern würde.
- Das in dem geschmolzenen Bad erzeugte und anschließend im Dampfraum des Reaktors vorhandene Kohlenmonoxid wird mit Sauerstoff umgesetzt, um Wärme und Kohlendioxidgas zu erzeugen. Dieser Sauerstoff kann aus irgend einem Überschuß, der in das geschmolzene Bad injiziert oder eingeblasen wird und anschließend in den Dampfraum strömt, stammen, obwohl dies eine unwahrscheinliche Quelle ist. Bevorzugt wird jedoch Sauerstoff direkt in den Dampfraum des Reaktors durch vorgesehene Düsen eingeblasen. Die Sauerstoffinjektion in beide Bereiche kann auch entlang der Länge des Reaktors variiert werden, um Variationen in der Reaktivität des geschmolzenen metallischen Materials und des Kohlenmonoxids im Dampfraum zu kompensieren.
- Die Reaktion von Kohlenmonoxid mit Sauerstoff im Dampfraum ist eine exotherme Reaktion, die Wärme erzeugt, die mindestens teilweise in das geschmolzene Bad zurück absorbiert wird, um die Reaktion von Eisencarbid mit Sauerstoff und die Reaktion von Eisenoxid unter Bildung von geschmolzenen Eisenkohlenstofflegierungen weiter anzutreiben. Etwas von der Wärme, die in dem Kohlendioxidgas, das den Dampfraum verläßt, zurückbleibt, kann auch gewonnen werden, indem ein Beschickungsvorwärmer verwendet wird, der den Austausch von Wärmeenergie aus Kohlendioxidgas, das den Reaktor entläßt, zu dem festen mineralischen Material in dem Beschickungsvorwärmer, bevor die Beschickung in den geschlossenen Reaktor eintritt, zuläßt. Das molare Verhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in der festen mineralischen Materialbeschickung wird bevorzugt variiert, um ausreichend Kohlenstoff, im Verhältnis zu der Menge an vorhandenem Eisenoxid, zuzuführen, so daß ausreichend Wärmeenergie aus den nachfolgenden Oxidationsreaktionen unter Bildung von Kohlenmonoxid und Kohlendioxid erzeugt werden kann, um das Reaktionsverfahren ohne weitere wesentliche Zuführung von Wärme aus einer äußeren Quelle oder Brennstoff zur Erzeugung von Wärme anzutreiben.
- Es wird angenommen, daß innerhalb des geschlossenen Reaktors ein Gleichgewichtszustand erreicht werden kann. Der Inhalt des geschmolzenen Bades besteht aus zwei Schichten mit einer Grenzfläche zwischen den beiden Schichten. Die untere dichtere Schicht enthält geschmolzenes Eisencarbid/Eisenmaterial am Beschickungsende und das Eisenkohlenstofflegierungsreaktionsprodukt am Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende. Es ist offensichtlich, daß es eine Stufenbildung dieser Materialien entlang des Reaktors gibt, wenn die untere Schicht zum Entfernungsende hin fließt und weiter mit Sauerstoff umgesetzt wird, um die gewünschte Eisenkohlenstofflegierung zu erzeugen. Die obere Schicht oder "Schlacke"-Schicht wird aus Eisenoxid und anderen Verunreinigungen zusammengesetzt sein, die in dem festen mineralischen Beschickungsmaterial vorhanden waren. Diese Verunreinigungen können Siliciumdioxid, Magnesiumoxid und dgl. enthalten. Die Bildung der Schlackeschicht kann gefördert werden durch Zugabe eines basischen Oxids, bevorzugt von gebranntem Kalk, oder Calciumoxid, das wirksam ist, um eine Schlacke mit geringer Viskosität und geringem Schmelzpunkt zu bilden.
- Sowohl die Eisenkohlenstofflegierung als auch die Schlackeschicht werden kontinuierlich entfernt, bevorzugt von entgegengesetzten Enden des Reaktors, um so eine Gegenströmung zwischen der unteren Eisenkohlenstofflegierungsschicht und der oberen Schlackeschicht an der Grenzfläche zu erzeugen. Indem die Entfernungsrate von Eisenkohlenstofflegierung variiert wird, kann der Grenzschichtpegel zwischen Eisenkohlenstofflegierung und Schlackeschicht kontrolliert werden. In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann geschmolzene Eisenkohlenstofflegierung, die aus dem Reaktor abgezogen wird, weiter mit legierenden Verbindungen, wie Nickel, Molybdän, Mangan, Aluminium oder dgl., legiert werden, um physikalische Eigenschaften der Eisenkohlenstofflegierungsprodukte in wohlbekannten Verfahren zu verändern.
- Diese und verschiedene andere Vorteile und Merkmale der Neuheit, die die vorliegende Erfindung kennzeichnen, werden ausgeführt im Hinblick auf die beigefügten Ansprüche und bilden einen Teil davon. Für ein besseres Verständnis der Erfindung und ihrer Vorteile und der bei ihrer Verwendung erhaltenen Gegenstände wird jedoch Bezug genommen auf die Zeichnungen, die einen weiteren Teil bilden, und auf die begleitende Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert und beschrieben werden.
- In den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern entsprechende Teile oder Elemente von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Ansichten angeben, ist
- Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Produktionssystems für Eisenkohlenstofflegierungen gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 2 eine vergrößerte schematische Darstellung eines geschlossenen Eisencarbidreaktors der vorliegenden Erfindung der in Fig. 1 dargestellt ist;
- Fig. 3 ein Fließdiagramm von Verfahrensstufen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 4 ein Diagramm, das die Beziehung der Kohlenmonoxiderzeugung zu dem Prozentanteil an Kohlenstoff in dem Eisenkohlenstofflegierungsprodukt bei einer Beschickungszusammensetzung von 92% Eisencarbid und 4% Eisenoxid zeigt;
- Fig. 5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Kohlenmonoxiderzeugung und Prozentanteil Kohlenstoff in dem Eisenkohlenstofflegierungsprodukt bei einer Beschickungszusammensetzung von 88% Eisencarbid und 8% Eisenoxid zeigt;
- Fig. 6 ein Diagramm, das die Wirkung der Gesamtenergiebilanz bei einem Vorwärmen der festen mineralischen Materialbeschickung zeigt und
- Fig. 7 ein Diagramm, das die Beschickungstemperatur des mineralischen Materials an dem Punkt darstellt, wo keine zusätzliche Wärmequelle notwendig ist.
- Die erforderlich werden detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hier offenbart. Es versteht sich jedoch, daß die offenbarten Ausführungsformen nur beispielhaft für die vorliegende Erfindung sind, die in verschiedenen Systemen ausgeführt werden kann. Daher sollen spezifische hier offenbarte Details nicht so interpretiert werden, daß sie beschränkend sind, sondern nur als Basis für die Ansprüche und als beispielhafte Basis für die Lehre, die dem Fachmann gegeben wird, dienen, um die vorliegende Erfindung in verschiedener Weise durchzuführen.
- Bezugnehmend auf die Figuren zeigt Fig. 1 allgemein eine schematische Darstellung eines bevorzugten Gesamtherstellungssystems (2) der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung von Eisenkohlenstofflegierungen und das nachfolgende Legieren davon. Ein Eisenoxidreaktor (4) wird vorgesehen, um Eisenoxid in Eisencarbid umzuwandeln, in einem Verfahren, das ähnlich dem ist, das von Stephens (U.S.-Patent Nr. RE 32 247) offenbart wird. Es versteht sich jedoch, daß andere Verfahren, als das von Stephens offenbarte verwendet werden können, und daß dieses Verfahren nur ein einziges nicht beschränkendes Beispiel für ein solches Verfahren ist.
- In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Beschickungsvorwärmer (6) bereitgestellt, um das Eisencarbid vorzuwärmen, bevor es einem geschlossenen Reaktor (10) zugeführt wird. Es ist jedoch selbstverständlich, daß es nicht notwendig ist, die Eisencarbidbeschickung vorzuwärmen, bevor sie dem geschlossenen Reaktor (10) zugeführt wird. Es ist weiterhin offensichtlich, daß die Eisencarbidbeschickung nur ein Teil des festen mineralischen Materials (20) sein wird, das dem geschlossenen Reaktor (10) zugeführt wird. Obwohl das Eisencarbid mindestens die Hälfte des festen mineralischen Materials (20) ausmacht und bevorzugt mehr, werden andere mineralische Komponenten dem geschlossenen Reaktor (10) mit dem Eisencarbid zugeführt. Eine der wichtigeren mineralischen Komponenten ist eine Menge an Eisenoxid, die in dem Eisenoxidreaktor (4) nicht vollständig zu Eisencarbid reduziert wurde. Es ist selbstverständlich, daß zusätzliches Eisenoxid mit dem hauptsächlich Eisencarbid enthaltenden Produktreduktionsverfahrens des Eisenoxidreaktors (4) vereinigt werden kann. Alternativ kann der Betrieb des Eisenoxidreaktors (4) so verändert werden, das ein Eisencarbidprodukt erzeugt wird mit einem gewünschten Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid. Auf diese Weise kann eine Beschickung aus festem mineralischem Material (20) dem geschlossenen Reaktor (10) zugeführt werden, die ein gewünschtes Verhältnis Eisencarbid zu Eisenoxid hat, wie unten weiter diskutiert.
- Bezugnehmend auf Fig. 2 weist der geschlossene Reaktor (10) ein Reaktorgehäuse oder eine Umhüllung (11) auf, das/die die feste mineralische Materialbeschickung (20) aufnimmt. In bevorzugten Ausführungsformen wird auch ein basisches Oxid (30) vorgesehen, ebenso wie Sauerstoff (21 und 23). Das Reaktionsverfahren erzeugt Eisenkohlenstofflegierung (36) und Schlacke (42), die bevorzugt an entgegengesetzten Enden des geschlossenen Reaktors (10) entfernt werden. In bevorzugten Ausführungsformen wird die entnommene Eisenkohlenstofflegierung (36) anschließend weiter mit legierenden Verbindungen in einem Legierungreaktor (13) legiert, um legierte Produkte zu erzeugen mit Legierungsverfahren, die im Stand der Technik wohlbekannt sind.
- Die Reaktion in dem geschlossenen Reaktor (10) erzeugt auch heißes Kohlendioxidgas (CO&sub2;). In bevorzugten Ausführungsformen wird das Kohlendioxidgas (32) aus dem Reaktorgehäuse (11) durch eine Abgasleitung (15) geleitet, die das heiße Kohlendioxid in den Beschickungsvorwärmer (6) leitet, wo die Wärme aus dem heißen CO&sub2; verwendet wird, um das feste mineralische Material vorzuwärmen, bevor das feste mineralische Material in den geschlossenen Reaktor (10) geführt wird.
- Die feste mineralische Materialbeschickung (20) wird in das Reaktorgehäuse (11) über einen Mineralbeschickungeinlaßmechanismus (22) geführt. Sobald die feste Materialbeschickung (20), bevorzugt vorgewärmt, in dem Reaktorgehäuse (11) ist, tritt sie in ein geschmolzenes Bad (12), aus geschmolzenem Material ein. Das Bad (12) besteht aus einer unteren, dichteren Eisenkohlenstofflegierungs- oder Metallschicht (14) und einer oberen, leichteren Schlackeschicht (16). Das feste mineralische Material (20) vermischt sich mit dem geschmolzenen Material des geschmolzenen Bades (12) und wird ein Teil davon. Es wird angenommen, ohne daran gebunden zu sein, daß die Komponenten Eisencarbid und Eisenoxid des mineralischen Materials sich tatsächlich in dem geschmolzenen metallischen Material lösen.
- In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird Sauerstoff (21) in das geschmolzene Bad (12) durch unter der Oberfläche liegende oder eingetauchte Injektionsdüsen (24) eingeblasen. Diese Injektionsdüsen (24) sind bevorzugt mit einem Fluid geschützte, unter der Oberfläche liegende Savard-Lee-Sauerstoffinjektoren, wie von Knuppel et al. (U.S.-Patent Nr. 3 932 172), offenbart, dessen Lehre hier durch Bezugnahme eingeschlossen wird. Der Sauerstoff (21) wird bevorzugt mit gasförmigem Kohlenwasserstoff, bevorzugt Methangas (CH&sub4;) (nicht gezeigt), geschützt. Beim Eintreten in das geschmolzene Bad (12) reagiert der Sauerstoff (21) exotherm mit Kohlenstoff aus dem Eisencarbid unter Erzeugung von Kohlenmonoxidgas, das in den Dampfraum (17) über dem geschmolzenen Bad (12) eintritt. Gasförmiger Kohlenwasserstoff wird verwendet um den Sauerstoff (21) zu schützen, um das Ausmaß, in dem diese Reaktion direkt benachbart den Injektionsdüsen (24) stattfindet, zu minimieren, damit die Wärme der exothermen Reaktion nicht die Injektionsdüsen (24) beschädigt. Es versteht sich, daß etwas von dem in das geschmolzene Bad (12) injizierten Sauerstoff (21) aus dem geschmolzenen metallischen Material und in den Dampfraum (17) über dem geschmolzenen Bad (12) geleitet werden kann, aber dies ist äußerst unwahrscheinlich. Es ist weiterhin anzumerken, daß obwohl das Kohlenwasserstoffgas, oder Methan, das in das geschmolzene Bad (12) mit dem Sauerstoff (21) eingeblasen wird, technisch eine Quelle für Wärmeenergie ist, dieses Kohlenwasserstoffgas eine nebensächliche Quelle für Wärmeenergie ist und nicht als wesentliche Quelle entweder für Kohlenstoff oder Wärmeenergie der vorliegenden Erfindung angesehen wird. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Methangas (CH&sub4;)(nicht gezeigt) oder andere Kohlenwasserstoffe in beträchtlichen Mengen in den Reaktor (10) eingeblasen werden, bevorzugt in den Dampfraum (17), um eine zusätzliche Energiequelle bereitzustellen, um die Reaktionen innerhalb des geschlossenen Reaktors (10) anzutreiben. Weitere Energiequellen können auch vorgesehen werden. Diese Quellen schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, Kohle, Holzkohle und andere Kohlenstoffquellen, ebenso wie elektrische Energie aus einem Lichtbogen oder anderen elektrischen Einrichtungen ein. In bevorzugten Ausführungsformen ist jedoch zusätzliche Energie nicht notwendig, solange das Verhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid hoch genug ist, um eine autogene Reaktion im Reaktor (10) zu erzeugen. Bevorzugt liefern die exothermen Reaktionen von Sauerstoff und Kohlenstoff aus dem Eisencarbid und Sauerstoff und Kohlenmonoxid mindestens etwa 90%, bevorzugt etwa 95%, bevorzugter etwa 97% und noch bevorzugter etwa 99% und am meisten bevorzugt etwa 100% der Energie, die für die unendliche Fortsetzung der Reaktion in dem Reaktor (10) erforderlich ist.
- Sauerstoff (23) wird auch in den Dampfraum (17) über Sauerstoffeinlässe (26) in bevorzugten Ausführungsformen eingeblasen. Der Sauerstoff (23), der in den Dampfraum (17) eingeblasen wird, reagiert mit dem Kohlenmonoxidreaktionsprodukt aus dem geschmolzenen Bad unter Erzeugung von Kohlendioxid in einer exothermen Reaktion. Die Wärme aus dieser Reaktion treibt andere Reaktionen innerhalb des Reaktorgehäuses (11) an.
- Die feste mineralische Materialbeschickung (20) wird dem geschmolzenen Bad (12) kontinuierlich zugeführt. Das Beschickungsmaterial (20) kann durch die Oberfläche der Schlacke (16) in die obere Schicht (11) des geschmolzenen Bades (12) zugegeben werden und kann auch (nicht gezeigt) direkt der Metallschicht (14) unter der Oberfläche zugegeben werden. Die Eisenkohlenstofflegierung (36), die durch die Reaktion entsteht, die in dem geschmolzenen Bad (12) stattfindet, wird kontinuierlich über eine Legierungsauslassöffnung (38) an einem Legierungsentfernungsende (39) der Reaktorgehäuse (11) entnommen, das bevorzugt das untere von zwei Enden ist und das Ende, das dem Beschickungsende (40) des Reaktorgehäuses (11) gegenüberliegt. Gleichzeitig wird Schlacke (42) kontinuierlich aus dem Beschickungsende (40) des Gehäuses (11) über eine Schlackeentfernungsöffnung (44) entnommen. Da die Schlacke (42) aus dem entgegengesetzten Ende des geschlossenen Reaktors (10), als die Eisenkohlenstofflegierung (36) entnommen wird, wird eine kontinuierliche Gegenströmung an einer Grenzfläche zwischen der Eisenkohlenstofflegierungsschicht (14) und der Schlackeschicht (16) erzeugt. Dies ist wünschenswert für eine effiziente Entfernung von mineralischen Verunreinigungen aus der Eisenkohlenstofflegierung und die Reduktion des Eisenoxidgehaltes der Schlacke auf einen unteren Pegel, der dem entspricht, der bei der Herstellung von vergleichbaren Konkurrenzprodukten entsteht.
- Bevorzugt wird ein basisches Oxid (30), z. B. gebrannter Kalk oder dgl., dem geschlossenen Reaktor (10) über einen Beschickungseinlassmechanismus (28) für basisches Oxid zugeführt. Das basische Oxid (30) ist notwendig, um die Erzeugung der Schlackeschicht (16) zu fördern. Es versteht sich, daß jeder wohlbekannte Einlassmechanismus, um einen Beschickungszugang zu einem geschlossenen Raum zuzulassen, während das Einwandern und Auswandern atmosphärischer Gase und gasförmiger Reaktorprodukte begrenzt wird, verwendet werden kann, um den mineralischen Beschickungsmechanismus (22) und den Beschickungseinlassmechanismus für basisches Oxid (28) zu bilden, einschließlich von Drehluftschleusen, die für diesen Zweck geeignet sind und anderen bekannten Einlasseinrichtungen, die für diesen Zweck geeignet sind, ohne darauf beschränkt zu sein.
- Der Reaktor (10) ist soweit geschlossen, wie es notwendig ist, um das Ein- und Auswandern von atmosphärischen Gasen und gasförmigen Reaktionsprodukten zu verhindern. Heißes Kohlendioxidgas (32) kann aus dem Dampfraum (17) in die Abgasleitung (15) über einen Gasauslassmechanismus (35) strömen. Die Form des Reaktorgehäuses (11) kann variieren, vorausgesetzt, daß eine entsprechende innere Kapazität besteht, um die Bildung eines zweischichtigen oder doppelschichtigen geschmolzenen Bades (12) zuzulassen. Die untere, dichtere Schicht (14) des geschmolzenen Bades enthält die geschmolzene Eisenkohlenstofflegierung, während die leichtere, obere Schicht (16) aus Schlackematerial zusammengesetzt ist. Das Reaktorgehäuse (12) ist bevorzugt so ausgebildet, daß das Entfernungsende (39) etwas unter dem Beschickungsende (40) liegt, so daß der Reaktor (10) leicht entleert werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der Reaktor (10) aus einer länglichen zylindrischen Reaktorkonstruktion, ähnlich dem Queneau-Schuhmann-(QS)-Reaktor oder einem kontinuierlichen Sauerstoffkonverter, der von Queneau et al. (U.S.-Patent Nr. 4 085 923) offenbart wird. Es versteht sich jedoch, daß andere bekannte Reaktorkonstruktionen die Erfordernisse der Erfindung erfüllen und daß Variationen in der Form des Reaktors nicht als wesentlich für die hier offenbarte Erfindung angesehen werden. In bevorzugten Ausführungsformen ist der geschlossene Reaktor (10) mit einem Mechanismus (nicht gezeigt) ausgestattet, mit dem das Reaktorgehäuse (11) um 90º um eine Längsachse (nicht gezeigt) gedreht werden kann, um eine Reinigung und Reparatur der eingetauchten Düsen (24) zuzulassen. Auf diese Weise kann das geschmolzene Bad (12) verschoben werden, um einen besseren Zugang zu den Injektionsdüsen (24) zu liefern.
- Die bevorzugte mineralische Materialbeschickung (20) für den geschlossenen Reaktor (10) ist ein fein verteiltes festes Material, das Eisencarbid, bevorzugt sowohl Eisencarbid als auch mindestens Spuren von Eisenoxid, zusammen mit geringen Mengen an Ganggestein und anderen Verunreinigungen enthält. Diese Verunreinigungen können Siliciumdioxid, Magnesiumoxid, metallisches Eisen, freien Kohlenstoff und dgl., einschließen ohne darauf beschränkt zu sein. Das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in der festen mineralischen Beschickung kann variieren abhängig von dem Verfahren, das verwendet wurde, um das Eisencarbid in dem Beschickungsmaterial herzustellen. Wenn die Menge an Eisenoxid in dem mineralischen Material (22) kleiner und kleiner wird, kann sich das Gewichtsverhältnis dem Unendlichen annähern. Es gibt jedoch praktisch immer eine geringe Menge an Eisenoxid, auch wenn nur in Spurenmengen. Die mineralische Materialbeschickung für das Reaktorsystem ist bevorzugt in Pulver- oder Körnchenform, mit einer Teilchengrößenverteilung, die bevorzugt in einem Bereich von etwa 1 mm bis etwa 10 um liegt, obwohl die Teilchengröße kein beschränkender Faktor für die Durchführung der Erfindung ist.
- In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in der mineralischen Materialbeschickung (20) mindestens etwa 2 oder mehr, bevorzugter etwa 3 oder mehr, noch bevorzugter etwa 4 oder mehr. In bevorzugteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann dieses Verhältnis etwa 6 : 1, bevorzugt etwa 8 : 1, und bevorzugter etwa 10 : 1 oder mehr sein. Wenn das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid etwa 18 : 1, bevorzugt etwa 20 : 1 ist, und das mineralische Beschickungsmaterial (20) mindestens etwa 75%, bevorzugt etwa 85%, bevorzugter etwa 90 Gew.-% Eisencarbid enthält, wird angenommen, daß genug Kohlenstoff in dem mineralischen Beschickungsmaterial (20) vorhanden ist, daß keine Notwendigkeit besteht, zusätzliche Energie oder Energiequellen dem Reaktor (10) zuzuführen, um die Reaktionen darin anzutreiben. Es wird jedoch anerkannt, daß das Reaktorsystem (10) betrieben werden kann, wenn ein Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid von weniger als etwa 18 verwendet wird, vorausgesetzt, daß zusätzlicher Kohlenstoff in Form von Kohle, Holzkohle oder dgl., oder irgendeine andere Quelle für Wärmeenergie dem geschlossenen Reaktor (10) zugeführt wird. Wie oben angegeben, ist es jedoch unerwünscht, eine weitere Quelle für Kohlenstoff zuzugeben, aufgrund der Gegenwart von Schwefel und anderen Verunreinigungen in den meisten Kohlenstoffquellen. Solche Verunreinigungen könnten die Verwendung von teuren Emissionskontrollsystemen notwendig machen und könnten zu unerwünschten Verunreinigungen in den Endprodukten führen. Es versteht sich jedoch, daß die Reaktion im Hinblick auf die Energie, die notwendig ist um die Reaktion anzutreiben, um so autarker wird, je größer das Verhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid ist.
- Kürzlich wurde von Professor Paul Queneau die Möglichkeit vorgeschlagen, einen QSL- Reaktor zu modifizieren (Siehe "The QSL Reactor for Lead and its Pros-pects for Ni, Cu, Fe", Journal of Metals, Dezember 1989, Seiten 30 bis 35), so daß Stahl kontinuierlich aus Eisenoxid hergestellt werden kann. Es versteht sich jedoch, daß vor der vorliegenden Erfindung die Verwendung einer festen mineralische Materialbeschickung (20), die aus mindestens etwa 50, bevorzugt etwa 60, bevorzugter etwa 70, noch bevorzugter etwa 75, noch weiter bevorzugt etwa 80, noch weiter bevorzugt etwa 90 und am meisten bevorzugt etwa 95 Gew.-% oder mehr an Eisencarbidmaterial besteht, nicht in Betracht gezogen wurde. In bevorzugten Ausführungsformen kann das feste mineralische Material (25) bis zu etwa 98%, bevorzugt etwa 100 Gew.-% Eisencarbid mit Spu renmengen anderer Komponenten, wie Eisenoxid und dgl., enthalten. Der Eisencarbidgehalt kann etwa 50 bis etwa 100%, bevorzugter etwa 65 bis etwa 99%, noch bevorzugter etwa 80 bis etwa 98% und am meisten bevorzugt etwa 85 bis etwa 97 Gew.-% des festen mineralischen Materials (20) sein. Es ist bevorzugt, den Eisenoxidgehalt der festen mineralischen Materialbeschickung (20) zu minimieren, um die Menge an zusätzlicher Energie, die erforderlich ist, um die Reaktionen in dem geschlossenen Reaktor anzutreiben, zu minimieren. Eisenoxide, die in dem Eisencarbid gefunden werden, können Fe&sub3;O&sub4;, FeO und dgl., oder irgendeiner Kombination davon, einschließen, ohne darauf beschränkt zu sein.
- Der Betrieb des Reaktorsystems erfordert die Gegenwart des geschmolzenen Bades (12) aus mineralischem Material innerhalb des geschlossenen Reaktors (10), bevor die feste mineralische Materialbeschickung (20) kontinuierlich zugeführt wird. Dieses Anlaufbad kann mit verschiedenen Mitteln vorgesehen werden. In alternativen Ausführungsformen kann feste mineralische Materialbeschickung (20) dem geschlossenen Reaktor (10) zugeführt werden, um eine Anfangsbeladung von mineralischem Material vorzusehen; es wird jedoch angenommen, daß eine große Menge an Wärme erforderlich ist und dies, wenn überhaupt, nicht leicht erreicht werden kann. Eine solche Anfangsbeladung könnte in den geschmolzenen Zustand durch Zuführung von Wärme aus einer äußeren Wärmequelle umgewandelt werden. Bevorzugt wird jedoch das geschmolzene Bad (12) anfangs aus Schrottmetall, hauptsächlich Stahl, Eisen oder dgl., erzeugt, der geschmolzen wird, um zuerst ein geschmolzenes Bad (12) zu bilden. Alternativ könnte Wärme der festen mineralischen Materialbeschickung aus einer äußeren Wärmequelle zugeführt werden, wenn das mineralische Material (20) dem Reaktor (10) zugeführt wird. Es versteht sich jedoch, daß irgendein System, das ausreichend Wärme zuführt, um ein geschmolzenes Anfangsbad (12) aus metallischem Material in dem geschlossenen Reaktor (10) zu erzeugen, zur Durchführung der vorliegenden Erfindung gehören würde.
- Sauerstoff, ein notwendiger Reaktant für dieses System, wird in das geschmolzene Bad (12) aus mineralischem Material, innerhalb des geschlossenen Reaktors (10) eingeblasen, um die Reaktion von Sauerstoff mit Eisencarbid unter Bildung von Kohlenmonoxid zu erleichtern. In bevorzugten Ausführungsformen wird die Menge an Sauerstoff (21), die durch verschiedene Injektionsdüsen (24) unter der Oberfläche des geschmolzenen Bades (12) eingeblasen wird, entlang des Reaktors (10) variiert, um ein erhöhtes Oxidationspotential der Metall- und Schlackeschichten (14 bzw. 16) am Entfernungsende (39), verglichen mit dem Beschickungsende (40) des geschlossenen Reaktors (10), zu kompensieren.
- Das in dem geschlossenen Reaktor (10) erzeugte Kohlenmonoxid wandert von dem geschmolzenen Bad (12) zu dem Dampfraum (17) innerhalb des Reaktors (10). In bevorzugten Ausführungsformen wird dieses Kohlenmonoxidgas mit Sauerstoff im Dampfraum (17) in einer exothermen Reaktion unter Bildung von Kohlendioxid umgesetzt. Die Quelle für Sauerstoff, um diese Reaktion zu erzielen, kann überschüssiger Sauerstoff sein, der unterhalb der Oberfläche des geschmolzenen Bades (12) eingeblasen wurde, obwohl dies eine unwahrscheinliche Quelle ist, und/oder zusätzlicher Sauerstoff (23), der durch Sauerstoff Injektionseinlässe (26) eingeblasen wird.
- Die von der Kohlenmonoxid/Sauerstoffreaktion unter Bildung von Kohlendioxid erzeugte Wärme wird teilweise wieder in das geschmolzene Bad (12) zurückgeführt, um die Reaktionen innerhalb des geschlossenen Reaktors (10) zu fördern. Kohlendioxid kann den Dampfraum (17) durch den Abgasauslass (35) verlassen. Das in dem Dampfraum (17) gebildete Kohlendioxid, das noch Wärmeenergie enthält, die nicht dem geschmolzenen Bad (12) übertragen wurde, kann weiter verarbeitet werden, um verbleibende Wärmeenergie zu gewinnen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das heiße Kohlendioxidgas in dem Dampfraum (17) durch den Abgasauslass (35) über die Abgasleitung (15), zu dem Vorwärmer (6) geleitet, damit überschüssige Wärmeenergie auf die feste mineralische Materialbeschickung (20) übertragen werden kann. Bevorzugt ist der Vorwärmer (6) ein doppelwandiger Ofen. Es versteht sich jedoch, daß jede Vorwärmkonstruktion, die die Übertragung von Wärmeenergie aus dem heißen Kohlendioxid auf die mineralische Materialbeschickung zuläßt, ausreichend ist.
- Die Menge an Kohlenmonoxid, die durch die Reaktion von Eisencarbid mit Sauerstoff, der unter der Oberfläche des geschmolzenen Bades (12) eingeblasen wurde, erzeugt wird, variiert mit dem Verhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in der mineralischen Materialbeschickung (20) und dem gewünschten Kohlenstoffgehalt des Eisenkohlenstofflegierungsproduktes. Es versteht sich, daß daher dieses Verhältnis die Menge an Kohlenmonoxid, das für die exotherme Reaktion mit Sauerstoff unter Bildung von Kohlendioxid verfügbar ist, von der Eisencarbidkonzentration der mineralischen Materialbeschickung abhängt. In bevorzugten Ausführungsformen ist das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in der Beschickung etwa 2 : 1, bevorzugter etwa 4 : 1, noch bevorzugter etwa 8 : 1, noch bevorzugter etwa 10 : 1, noch bevorzugter etwa 15 : 1, noch bevorzugter etwa 18 : 1 oder mehr. In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform ist das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid ausreichend, daß genug Kohlenstoff dem Reaktorsystem zugeführt wird, um eine ausreichende Wärmeerzeugung in der nachfolgenden Reaktion von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid zu liefern, so daß kein Bedarf für weitere Zuführung von Wärme aus einer äußeren Quelle besteht, um die Reaktion von Eisencarbid/Sauerstoff oder andere Reaktionen innerhalb des geschlossenen Reaktors (10) anzutreiben. Der Betrieb mit einer äußeren Wärmequelle ist möglich. Es wird jedoch angenommen, daß ein Gleichgewichtszustand innerhalb des geschlossenen Reaktors (10) erreicht werden kann. So kann das feste mineralische Material (20) kontinuierlich einem Ende (40) des geschlossenen Reaktors (10) zugeführt werden, während Eisenkohlenstofflegierung (36) kontinuierlich aus dem anderen Ende (39) des geschlossenen Reaktors (10) entnommen wird. Auf diese Weise wird eine kontinuierliche Versorgung von Eisenkohlenstofflegierung mit konsistenten physikalischen Eigenschaften und konsistentem Kohlenstoffgehalt erzeugt. Es wird angenommen, daß die Schlackeschicht (16) sich innerhalb des geschlossenen Reaktors (10) bildet und eine Schicht über der geschmolzenen Eisenkohlenstofflegierungsschicht (14) bildet. Weiterhin kann Schlacke (42) kontinuierlich aus dem geschlossenen Reaktor (10) an dem Beschickungsende (40) des Reaktors (10) entnommen werden. Es wird angenommen, daß das basische Oxid (30) wirksam ist, um eine Schlackeschicht (16) mit geringer Viskosität und geringem Schmelzpunkt aus den Verunreinigungen des metallischen Materials in der Legierungsschicht (14) zu bilden.
- Bezugnehmend auf Fig. 3 wird ein bevorzugtes Verfahren für die kontinuierliche Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung beschrieben. Dieses Verfahren schließt die folgenden Stufen ein. Zuerst wird ein geschlossener Reaktor (10) für das Umsetzen des geschmolzenen Mineralmaterials bereitgestellt, wobei der Reaktor (10) den Einlass und Auslass von atmosphärischen Gasen und gasförmigen Reaktionsprodukten beschränken kann. Der geschlossene Reaktor (10) weist ein geschmolzenes Bad (12) aus metallischem Material und einen Dampfraum (17) über dem geschmolzenen Bad (12) zur Aufnahme gasförmiger Reaktionsprodukte aus dem geschmolzenen Bad (12) auf. Der geschlossene Reaktor (10) schließt weiterhin ein Beschickungsende (40) und ein Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende (39) ein. Als Zweites wird ein festes mineralisches Material (20) kontinuierlich dem geschmolzenen Bad (12) aus metallischem Material in dem geschlossenen Reaktor (10) zugeführt. Als Drittes wird gleichzeitig ein basisches Oxid (30) in das geschmolzene Bad (12) in den geschlossenen Reaktor (10) zugeführt. Als Viertes wird gleichzeitig Sauerstoff (21) mit Kohlenwasserstoff als Schutzgas, bevorzugt mit Methan als Schutzgas, in das geschmolzene Gas (12) aus metallischem Material eingeblasen. Als Fünftes wird gleichzeitig Sauerstoff (23) in den Dampfraum (27) des geschlossenen Reaktors (10) eingeblasen. Als Sechstes wird kontinuierlich Eisenkohlenstofflegierung aus dem Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende (39) des geschlossenen Reaktors (10) entnommen. Als Siebtes wird kontinuierlich Schlacke aus dem Beschickungsende (40) des geschlossenen Reaktors (10) entnommen. Als Achtes wird heißes Kohlendioxidgas aus dem Dampfraum (17) aus dem geschlossenen Reaktor (10) geleitet, um festes mineralisches Material im Vorwärmer (6) zu erwär men, bevor der Reaktor mit dem festen mineralischen Material (20) beschickt wird. Es versteht sich, daß weitere Stufen und Modifikationen der oben beschriebenen Stufen, die mit der vorliegenden Erfindung, die hier offenbart wird, und den bekannten Herstellungsverfahren, die in den breiten Bereich der vorliegenden Erfindung fallen, im Einklang sind.
- Theoretische thermochemische Berechnungen im Hinblick auf die Eisenkohlenstofflegierungsherstellung mit den hier offenbarten Verfahren wurden durchgeführt. Es wird angenommen, daß diese Berechnungen den chemischen und thermodynamischen Betrieb einer tatsächlichen Ausführungsform der Erfindung darstellen.
- Als Basis für diese Berechnungen wird angenommen, daß 1000 kg Eisenkohlenstofflegierung aus den notwendigen Mengen an Reaktanten auf Basis eines Massenausgleichs oder einer Massebilanz des gesamten Systems erzeugt werden. Die notwendigen Reaktanten werden weiterhin definiert, indem angenommen wird, daß die stöchiometrisch ausgeglichenen Reaktionen, die direkt anschließend gezeigt werden, in dem Reaktor erfolgen. Nach der Liste von Reaktionen ist eine Zusammenfassung anderer Bedingungen und Annahmen, die zu der Berechnung des theoretischen thermochemischen Betriebs des Reaktorsystems verwendet wurden, angegeben. Es ist davon auszugehen, daß die hier abgeleiteten Projektionen, verlässliche Projektionen sind, daß man sich aber nicht vollständig auf sie verlassen kann, ohne weitere Versuche.
- a) 4 Fe&sub3;C(s) + Fe&sub3;O&sub4;() 15 Fe () + 4 CO im Bad
- b) Fe&sub3;C(s) + O&sub2;(g) 3 Fe () + CO im Bad
- c) CH&sub4; + O&sub2; CO + 2H&sub2; im Bad
- d) CaO (s) + SiO&sub2; () CaSiO&sub3; () in der Schlacke
- e) Fe () + ½ O&sub2; (g) FeO () in der Schlacke
- f) CO (g) + ½ O&sub2; (g) CO&sub2; (g) im freien Raum
- g) H&sub2; (g) + ½ O&sub2; (g) H&sub2;O (g) im freien Raum
- 1. Thermochemische Berechnungen wurden abgeschlossen unter der Annahme von zwei Materialbeschickungszusammensetzungen:
- 88% Fe&sub3;C 92% Fe&sub3;C
- 8% Fe&sub3;O&sub4; 4% FesO&sub4;
- 1% CaO (MgO) 1% CaO (MgO)
- 3% SiO&sub2; 3% SiO&sub2;
- Weiterhin wurden thermochemische Berechnungen durchgeführt für die Beschickungszusammensetzung 2 bei zwei verschiedenen Beschickungstemperaturen, nicht vorgewärmt bei 298 K und vorgewärmt bei 773 K.
- 2. Das schlackebildende Oxid, das in diesen Berechnungen verwendet wurde, ist 100% CaO, das mit einer Temperatur von 298 K zugeführt wurde.
- 3. Der Sauerstoff, der durch Injektoren (24) in das geschmolzene Bad (12) oder den Dampfraum (17) geblasen wird, ist 100% O&sub2; mit einer Beschickungstemperatur von 298 K.
- 4. Methan (natürliches Gas) wird als Schutzfluid verwendet, um die O&sub2;-Injektoren (24) zu schützen, beeinflusst die thermochemischen Berechnungen jedoch als Kohlenstoff- und Wärmequelle. Es wird angenommen, daß das natürliche Gas 100% Methan ist, das mit 298 K zugeführt wird.
- 5. Der Kohlenstoffgehalt der erzeugten Eisenkohlenstofflegierung variiert stufenweise von 0,1 bis 0,4%. Der Eisengehalt ist somit 100% minus des Prozentanteils an Kohlenstoff in der Eisenkohlenstofflegierung. Es wird angenommen, daß die Eisenkohlenstofflegierung, die den Reaktor (10) verläßt, eine Temperatur von 1873 K hat.
- 6. Es wird angenommen, daß das Schlackeprodukt dasselbe CaO : SiO&sub2;-Verhältnis, wie das der Beschickung aufweist: 67 Gew.-% CaO/33 Gew.-% SiO&sub2;. Es wird davon ausgegangen, daß die Schlacke den Reaktor (10) mit einer Temperatur von 1923 K verläßt.
- 7. Abgase aus dem Reaktor (10) können aus O&sub2;, CO, CO&sub2; und H&sub2;O zusammengesetzt sein, um etwa 100% der Abgase auszumachen. Die relative Konzentration variiert jedoch mit der Beschickungszusammensetzung. Es wird angenommen, daß die Abgase den Reaktor (10) mit 2000 K verlassen.
- Die Masse muß in dem Reaktorsystem für jedes Element erhalten bleiben. Somit muß die Gesamtsumme der Masse jeden Elements, das in den hereinkommenden Strömen gefunden wird, gleich sein der Gesamtsumme der Masse für jedes Element, die in allen Ausgangsströmen gefunden wird. Die theoretische Massebilanz für jedes Element, das in dem Reaktorsystem gefunden wird, ist unten aufgeführt, wobei hereinkommende Ströme auf der linken Seite der Gleichung aufgeführt sind und herausgehende Ströme auf der rechten Seite. Der Strom, in dem das Element enthalten ist, ist als Index des Elements gezeigt. 1. Fe-Massebilanz: 2. C-Bilanz 3. Sauerstoffbilanz
- W = W
- SiO&sub2; SiO&sub2;
- in Mineralbeschickung in Schlacke 5. CaO-Bilanz
- W = W
- H&sub2; H&sub2;
- in CH&sub4; in H&sub2;O
- injiziert im Abgas
- über Injektoren
- 7. Schlackezusammensetzung (unter der Annahme, daß zugegebenes CaO in diesem Anteil erhalten bleibt):
- [Gew.-% CaO/Gew.-% SiO&sub2;]Schlacke = 2.0
- 8. Es wird angenommen, daß die Gleichgewichtsdaten für die Beziehung des Prozentanteils an Kohlenstoff in der geschmolzenen Eisenkohlenstofflegierung (14) zu dem Prozentanteil an Eisenoxid (FeO), das in der Schlackeschicht (16) gebildet wird, die folgenden relativen Beziehungen zeigen:
- 0,05 35%
- 0,10 25%
- 0,20 12%
- 0,40 6%
- 0,80 6%
- Eine theoretische Gesamtenergiebilanz für das Reaktorsystem wird unten angegeben. Wenn das System als Ganzes betrachtet wird, muß die Energie gleich bleiben. Die Summe aller Wärmezuführungen und Verluste, ob aus Veränderungen der Temperatur der Verbindung oder durch Freisetzung oder den Verbrauch von Wärmeenergie einer chemischen Reaktion, muß gleich Null sein. Ein weiterer Term ΔHVerlust über Reaktorwände wird auch eingeschlossen, um den Wärmeverlust über die Reaktorwand an die Umgebung zu berücksichtigen. Es wird angenommen, daß die Eisenkohlenstofflegierung eine Ausgangstemperatur von 1873 K hat.
- [H1873 - H298]Kalk + [H1873 - H298]O&sub2; + [H1873 - HTEinlaß]Fe&sub3;C + [H1873 - HTEinlaß]Fe&sub3;O&sub4; + [H1873 - HTEinlaß]SiO&sub2; + [H1873 - HTEinlaß]Ca + [H1873 - H298]CH&sub4; + ΔHRx&sub1;&sub8;&sub7;&sub3; + ΔHVerlust über Reaktorwände + [H2000 - H1873]Co + [H2000 - H1873]CO&sub2; + [H2000 - H1873]H&sub2;O + [H1923 - H1873]Schlacke
- Eine gleichzeitige Lösung der Massebilanzen mit den Zahlen 1 bis 6 plus der oben gezeigten Wärmebilanz kann unter Berücksichtigung der Massebilanz Nummer 7 und der Gleichgewichtsbedingungen Nummer 8 verwendet werden, um Projektionen für den thermochemischen Betrieb des geschlossenen Reaktors (10) zu erzeugen. Um diese Bilanzen aufzulösen, wurden zwei Variable für jede einzelne Gleichung fixiert, dann stufenweise über einen erwarteten Betriebsbereich variiert. Dies sind der Prozentanteil Kohlenstoff in dem Eisenkohlenstofflegierungsprodukt und der Prozentanteil an Wärmeverlust über die Reaktorwände. Der Wärmeverlust über die Reaktorwände variiert von 5 bis 10 bis 15% der Wärmezufuhr aus ΔHRx&sub1;&sub8;&sub7;&sub3; und der Prozentgehalt an Kohlenstoff in der Eisenkohlenstofflegierung wird variiert von 0,1 bis 0,4%. Dies führt zu abhängigen Variablen für Extra-Sauerstoff, der in dem Dampfraum eingeführt wird, der variierende Mengen an CO, die aus dem geschmolzenen Bad (12) stammen, in CO&sub2; und H&sub2; zu H&sub2;O umwandelt. Wenn die Wärmebilanz nicht ausgeglichen ist (z. B. mehr Wärme notwendig ist, als aus den obigen Reaktionen innerhalb des Reaktors (10) verfügbar ist) wird der Bilanz erreicht, indem zusätzliches überschüssiges CO zugegeben wird, um CO&sub2; zu erzeugen. Dies zeigt sich als negativer CO-Austrag.
- Bezugnehmend auf die Fig. 4 bis 7 sind die Ergebnisse der Computerprojektionen für diese Masse- und Energiebilanzen über die angegebenen Bereiche graphisch in diesen Figuren gezeigt. Fig. 4 ist eine graphische Darstellung von Projektionen der gleichzeitigen Lösung der Masse- und Energiebilanz, wie oben angegeben, für eine mineralische Materialbeschickungszusammensetzung von 92% Eisencarbid, 4% Eisenoxid und 4% Verunreinigungen. Die Temperatur der mineralischen Materialbeschickung ist 773 K. Die drei Linien zeigen den angenommenen Wärmeverlust über die Reaktorwände von 5, 10 und 15% der erzeugten Wärme. Entlang der horizontalen Achse von Fig. 4 variiert der Prozentanteil an Kohlenstoff in dem Eisenkohlenstofflegierungsprodukt von 0,1 bis 0,4 % für jeden angenommenen Wärmeverlust. Wie oben angegeben, wird davon ausgegangen, daß 1000 kg Eisenkohlenstofflegierung erzeugt werden. Die vertikale Achse wird verwendet, um den entstehenden Kohlenmonoxidaustrag oder -eintrag, der die Masse- und Energiebilanz erfüllt, aufzutragen. Ein negativer Austrag deutet darauf hin, daß Kohlenmonoxid zugegeben werden muß und mit Sauerstoff umgesetzt werden muß, um die Energiebilanz auszugleichen. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist die Energiebilanz bei allen Bedingungen, die aufgetragen wurden, ausgeglichen, ohne daß die Zuführung von Wärme aus einer äußeren Quelle notwendig ist.
- Fig. 5 ist ähnlich wie Fig. 4, wobei Projektionen für die Lösung der Masse- und Energiebilanz graphisch dargestellt werden und die Variablen doppelt graphisch dargestellt werden; die Beschickungszusammensetzung für das mineralische Material wurde jedoch verändert, um das verfügbare Eisencarbid in der mineralischen Materialbeschickung auf 88% Eisencarbid zu senken. Das in der mineralischen Materialbeschickung vorhandene Eisenoxid wird auf 8% erhöht, während die Verunreinigungen auf 4% gehalten werden. Die Beschickungstemperatur von 773 K und die Annahme, daß 1000 kg Eisenkohlenstofflegierung erzeugt werden, werden aufrecht erhalten.
- Die Wirkung des in der Beschickung vorhandenen Eisencarbids auf die Energiebilanz ist graphisch in den Fig. 4 und 5 dargestellt. An vielen Punkten ist der Austrag von Kohlenmonoxid negativ, was die Notwendigkeit zeigt, weiteren Brennstoff oder Wärme zuzuführen, um die gewünschten Reaktionen zu erhalten.
- Fig. 6 ist eine graphische Darstellung von Projektionen, die die nützliche Wirkung einer Vorwärmung der festen mineralischen Materialbeschickung (20) vor der Zuführung in den geschlossenen Reaktor (10) darstellen. Für diese Berechnung wird angenommen, daß die feste Beschickungszusammensetzung 92% Eisencarbid, 4% Eisenoxid und 4% Verunreinigungen aufweist. Es wird weiterhin angenommen, daß 1000 kg Eisenkohlenstofflegierung erzeugt werden. Der Wärmeverlust über die Reaktorwände wird entweder mit 5% oder mit 10%, wie angegeben, angenommen. Der Prozentanteil Kohlenstoff in der Eisenkohlenstofflegierung variiert von etwa 0,05% bis 0,4% und die Berechnungen werden durchgeführt für Temperaturen der mineralischen Materialbeschickung von 298 K und 773 K. Die vertikale Achse zeigt den Kohlenmonoxidausstoß bei den Reaktionen in dem geschlossenen Reaktor (10), was ein Hinweis ist auf die Notwendigkeit, Wärme oder Brennstoff dem System zuzuführen, wenn der Kohlenmonoxidausstoß negativ ist. In vielen Fällen liefert die Verwendung von Abgasen, um die mineralische Materialbeschickung vorzuwärmen, ausreichend Energie, um die Reaktionen in dem geschlossenen Reaktor fortzusetzen.
- Fig. 7 stellt graphisch die Temperaturen der mineralischen Materialbeschickungen dar, bei denen kein zusätzlicher Brennstoff oder keine zusätzliche Wärme dem geschlossenen Reaktor (10) zugeführt werden muß, unter der Annahme, daß der Wärmeverlust verschieden groß ist, wie oben definiert. Wie in den Berechnungen für Fig. 6 ist die Beschickungszusammensetzung 92% Eisencarbid, 4% Eisenoxid und 4% Verunreinigungen, unter der Annahme, daß 1000 kg Eisenkohlenstofflegierung hergestellt werden. Der Prozentanteil an Kohlenstoff in dem Eisenkohlenstofflegierungsprodukt wird auf 0,2% festgelegt. Wenn der Ausstoß an Kohlenmonoxid gleich 0 wird, wird angenommen, daß die Temperatur der mineralischen Materialbeschickung ausreichend ist, damit genug Energie vorhanden ist, um die Reaktionen innerhalb des geschlossenen Reaktors (10) ohne zusätzliche Wärme oder zusätzlichen Brennstoff aus äußeren Quellen fortzusetzen.
Claims (30)
1. Verfahren zur Herstellung einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung, wobei das Verfahren
die Stufen umfaßt, daß man:
(a) eine Reaktoreinrichtung zur Aufnahme und Reaktion von mineralischem
Material bereitstellt, wobei die Reaktoreinrichtung einen geschlossenen
Reaktor einschließt, der ein geschmolzenes Bad aus metallischem Material
enthält, wobei der geschlossene Reaktor das Eintreten und Austreten von
atmosphärischen Gasen und gasförmigen Reaktionsprodukten beschränken
kann;
(b) festes mineralisches Material dem geschmolzenen Bad aus metallischem
Material innerhalb des geschlossenen Reaktors kontinuierlich zuführt,
sodaß das feste mineralische Material mit dem geschmolzenen Bad aus
metallischem Material vermischt wird und ein Teil davon wird, wobei das
feste mineralische Material sowohl Eisencarbid als auch mindestens
Spurenmengen von Eisenoxid enthält, wobei der Eisencarbidgehalt des
festen mineralischen Materials mindestens 50 Gew.-% ist und wobei das
Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in dem festen
mineralischen Material mindestens 2 oder mehr ist und
(c) das geschmolzene metallische Material gleichzeitig mit Sauerstoff umsetzt
bei einer Temperatur, die ausreicht um Kohlenmonoxid als gasförmiges
Reaktionsprodukt zu bilden, wobei die Stufe der gleichzeitigen Reaktion
einschließt, daß man Sauerstoff in das geschmolzene Bad von
metallischem Material innerhalb des Reaktors einbläst, um die Reaktion des
Sauerstoffs mit dem Kohlenstoff des Eisencarbids zu erleichtern, um ein
Kohlenmonoxidreaktionsprodukt zu bilden, das anschließend in einen
Dampfraum innerhalb des Reaktors, der oberhalb des geschmolzenen
Bades angeordnet ist, eintritt.
2. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 1, worin Stufe (c) weiterhin einschließt, daß man gleichzeitig in dem
Dampfraum des Reaktors Kohlenmonoxid mit Sauerstoff umsetzt, um
Kohlendioxid zu bilden und Energie in Form von Wärme freizusetzen, um die Reaktionen
der Stufen (b) und (c) weiter zu treiben.
3. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 2, worin Stufe (c) weiterhin beinhaltet, daß man Sauerstoff in den
Dampfraum des Reaktors oberhalb des geschmolzenen Bades einbläst.
4. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 3, worin heißes Kohlendioxidgas, das in dem Dampfraum des Reaktors
erzeugt wurde, aus dem Reaktor geleitet wird und verwendet wird, um das feste
mineralische Material zu erwärmen vor der Zuführung des festen mineralischen
Materials in das geschmolzene Bad.
5. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 2, worin der in Stufe (a) bereitgestellte Reaktor weiterhin ein
Beschickungsende und ein Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende aufweist und
worin die Reaktion eine Eisenkohlenstofflegierung erzeugt, wobei das Verfahren
weiterhin die Stufe umfaßt, daß man gleichzeitig kontinuierlich einen Teil der
Eisenkohlenstofflegierung aus dem Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende
des Reaktors entnimmt.
6. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 5, worin die kontinuierlich entfernte Eisenkohlenstofflegierung
weiterhin mit legierenden Verbindungen vereinigt wird, um physikalische Eigenschaften
der Eisenkohlenstofflegierung zu verändern.
7. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 5, worin Stufe (b) weiterhin beinhaltet, daß man gleichzeitig ein
basisches Oxid in den Reaktor einführt, das wirksam eine Schlackenschicht mit
geringer Viskosität und niedrigem Schmelzpunkt aus Verunreinigungen in dem
metallischen Material erzeugt und worin ein Teil der Schlacke kontinuierlich aus
dem Reaktor entfernt wird.
8. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 1, worin Eisencarbid im wesentlichen die einzige Quelle für Kohlenstoff
in dem festen mineralischen Material ist und worin das Gewichtsverhältnis von
Eisencarbid zu Eisenoxid in dem festen mineralischen Material mindestens 18
oder mehr ist.
9. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 8, worin das Verfahren weiterhin die Stufe umfaßt, daß man
gleichzeitig Sauerstoff in den Dampfraum des Reaktors oberhalb des Bades einbläst,
wobei der Sauerstoff mit dem Kohlenmonoxid in dem Dampfraum reagiert unter
Erzeugung von Wärmeenergie.
10. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 9, worin das Kohlenmonoxid und Sauerstoff reagieren unter Bildung
von Kohlendioxid, das verwendet wird, um festes mineralisches Material vor dem
Eintreten in das geschmolzene Bad aus metallischem Material vorher zu
erwärmen.
11. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 1, worin das geschmolzene Bad zwei generell verschiedene Schichten
enthält, eine Metallschicht und eine Schlackenschicht, und worin die Menge an
Sauerstoff, die in das geschmolzene Bad eingeblasen wird, variiert wird entlang
der Länge des Reaktors von einem Beschickungsende für mineralisches Material
bis zu einem Ende zur Entfernung von Eisenkohlenstofflegierung durch
Verwendung mehrfacher Injektoren, sodaß ein erhöhtes Oxidationspotential innerhalb der
Metall- und Schlackenschichten des geschmolzenen Bades am Entfernungsende,
verglichen mit dem Beschickungsende, besteht.
12. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 11, worin das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in dem
festen mineralischen Material ausreicht, um ausreichend Kohlenmonoxid
herzustellen, wenn das geschmolzene metallische Material mit Sauerstoff in dem
Reaktor umgesetzt wird, sodaß das dabei erzeugte Kohlenmonoxid ausreicht, um
ausreichend Wärme innerhalb des geschlossenen Reaktors zu liefern, wenn es mit
Sauerstoff im Dampfraum umgesetzt wird, um zu bewirken, daß das Verfahren
relativ unbegrenzt ohne zusätzliche Zuführung von Wärmeenergie aus einer
externen Quelle weiterläuft.
13. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Eisencarbidgehalts des festen
mineralischen Materials mindestens 85 Gew.-% ist, und worin das
Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in dem festen mineralischen Material
mindestens 18 oder mehr ist und das Eisencarbid im wesentlichen die einzige Quelle für
Kohlenstoff in dem festen mineralischen Material ist.
14. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 13, worin das Verhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid ausreicht, um
eine Menge an Eisencarbid bereitzustellen, die ausreicht, um eine Menge an
Kohlenmonoxid zu erzeugen, die ausreichend ist, um eine Menge an Wärmeenergie zu
erzeugen, wenn es mit Sauerstoff in dem Dampfraum umgesetzt wird, um die
Reaktionen der Stufen (b) und (c) kontinuierlich anzutreiben, ohne weitere
wesentliche Zuführung von Wärmeenergie aus einer äußeren Quelle.
15. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 14, worin das Verfahren weiterhin die Stufen umfaßt, daß man
gleichzeitig in dem Dampfraum des Reaktors erzeugtes heißes Kohlendioxidgas aus
dem Reaktor leitet, um das feste mineralische Material vor der Zuführung des
festen mineralischen Materials in das geschmolzene Bad zu erwärmen.
16. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 14, worin bei der Reaktion eine geschmolzene
Eisenkohlenstofflegierung und eine geschmolzene Schlacke erzeugt werden, wobei das Verfahren
weiterhin die Stufe umfaßt, daß man gleichzeitig und kontinuierlich einen Teil der
Eisenkohlenstofflegierung aus dem Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende
des Reaktors und einen Teil der Schlacke aus dem Beschickungsende entfernt.
17. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 16, worin sich an die Stufe, bei der man gleichzeitig und kontinuierlich
einen Teil der Eisenkohlenstofflegierung entfernt, eine weitere Stufe anschließt, in
der eine legierende Verbindung mit der aus dem abgeschlossenen Reaktor
entnommenen Eisenkohlenstofflegierung vereinigt wird, um physikalische
Eigenschaften der Eisenkohlenstofflegierung zu verändern.
18. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 14, worin Stufe (b) weiter beinhaltet, daß man gleichzeitig ein
basisches Oxid, das wirksam eine Schlackenschicht mit geringer Viskosität und
niedrigem Schmelzpunkt bilden kann, oberhalb des geschmolzenen Bades aus
Verunreinigungen des metallischen Materials in den Reaktor einführt, wobei ein Teil der
Schlackenschicht kontinuierlich aus dem Beschickungsende des Reaktors entfernt
wird.
19. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 13, worin die Menge an Sauerstoff, die in das geschmolzene Bad
eingeblasen wird, entlang der Länge des Reaktors variiert wird von dem
Beschickungsende zu dem Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende unter Verwendung
von mehreren Injektoren, sodaß ein erhöhtes Oxidationspotential innerhalb des
geschmolzenen Bades am Entfernungsende, verglichen mit dem
Beschickungsende, vorhanden ist.
20. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofliegierung nach
einem der vorhergehenden Ansprüch, worin das feste mineralische Material
mindestens 60 Gew.-% Eisencarbid enthält.
21. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 20, worin das feste mineralische Material sowohl Eisencarbid als auch
mindestens Spurenmengen an Eisenoxid enthält und worin das
Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in dem festen mineralischen Material mindestens
2 oder mehr ist.
22. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 21, worin der Gehalt des festen mineralischen Materials 60 bis 100
Gew.-% Eisencarbid und Spurenmengen von Eisenoxid bis etwa 25 Gew.-%
Eisenoxid umfaßt.
23. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 22, worin das Verhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid ausreichend ist,
um eine Menge an Eisencarbid bereitzustellen, die ausreicht, um eine Menge an
Kohlenmonoxid zu erzeugen, die ausreichend ist um eine Menge an
Wärmeenergie zu erzeugen, wenn es mit Sauerstoff im Dampfraum umgesetzt wird, um die
Reaktionen der Stufen (b) und (c) kontinuierlich anzutreiben, ohne weitere
wesentliche Zuführung von Wärmeenergie aus einer äußeren Quelle.
24. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 23, worin das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in dem
festen mineralischen Material mindestens 18 oder mehr ist und das Eisencarbid
im wesentlichen die einzige Quelle für Kohlenstoff in dem festen mineralischen
Material ist.
25. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 24, worin die Reaktion eine Eisenkohlenstofflegierung erzeugt, wobei
das Verfahren weiterhin die Stufe umfaßt, daß man gleichzeitig und kontinuierlich
einen Teil der Eisenkohlenstofflegierung aus dem
Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende des Reaktors entnimmt, wobei sich an die Stufe, in der man
gleichzeitig und kontinuierlich einen Teil der Eisenkohlenstofflegierung entnimmt, eine
weitere Stufe anschließt, in der man eine legierende Verbindung mit der aus dem
abgeschlossenen Reaktor entnommenen Eisenkohlenstofflegierung vereinigt, um
physikalische Eigenschaften der Eisenkohlenstofflegierung zu verändern.
26. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 24, worin Stufe (b) weiter beinhaltet, daß man gleichzeitig ein
basisches Oxid, das wirksam eine Schlackenschicht mit geringer Viskosität und
geringem Schmelzpunkt bildet, oberhalb des geschmolzenen Bades aus
Verunreinigungen in dem metallischen Material dem Reaktor zuführt, wobei das Verfahren
weiterhin umfaßt, daß man kontinuierlich mindestens einen Teil der
Schlackenschicht aus dem Beschickungsende des Reaktors entfernt und wobei die Menge
an Sauerstoff, die in das geschmolzene Bad eingeblasen wird, entlang der Länge
des Reaktors von dem Beschickungsende zu dem
Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende variiert wird unter Verwendung mehrerer Injektoren, sodaß ein
erhöhtes Oxidationspotential innerhalb des geschmolzenen Bades am
Entfernungsende vorhanden ist, verglichen mit dem Beschickungsende, und wobei das
Verfahren weiterhin die Stufe umfaßt, daß man gleichzeitig heißes
Kohlendioxidgas, das im Dampfraum des Reaktors erzeugt wurde, aus dem Reaktor leitet, um
das feste mineralische Material vor der Zuführung des festen mineralischen
Materials in das geschmolzene Bad zu erwärmen.
27. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung,
wobei die Vorrichtung eine erste Reaktoreinrichtung, um Eisenoxid in Eisencarbid
umzuwandeln, und eine zweite Reaktoreinrichtung, um Eisencarbid in
Eisenkohlenstofflegierung umzuwandeln, umfaßt, wobei die zweite Reaktoreinrichtung
dazu vorgesehen ist, kontinuierlich das in der ersten Reaktoreinrichtung erzeugte
Eisencarbid aufzunehmen und einen abgeschlossenen Reaktor einschließt mit
einer Gehäuseeinrichtung, um das Ein- und Austreten von atmosphärischen
Gasen und gasförmigen Reaktionsprodukten zu beschränken, wobei der
abgeschlossene Reaktor ein Gehäuse aufweist mit einem geschmolzenen Bad aus
metallischem Material und einem Dampfraum oberhalb des geschmolzenen Bades,
der gasförmige Reaktionsprodukte enthält, wobei der abgeschlossene Reaktor
weiterhin ein Beschickungsende und ein
Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende aufweist, aus dem Eisenkohlenstofflegierung kontinuierlich entnommen
werden kann.
28. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 27, worin die zweite Reaktoreinrichtung weiterhin eine
Sauerstoffeinlaßeinrichtung aufweist, um Sauerstoff in das geschmolzene Bad und den
Dampfraum einzublasen.
29. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 28, wobei die Vorrichtung weiterhin eine Vorwärmeinrichtung umfaßt,
um das Eisencarbid vorzuwärmen, wobei die Vorwärmeinrichtung mit dem
Dampfraum des abgeschlossenen Reaktors in Beziehung steht, wobei in dem
Gehäuse erzeugte Wärme aus dem Gehäuse durch die Vorwärmeinrichtung
geleitet werden kann, um das Eisencarbid vor dem Eintritt in das Gehäuse
vorzuwärmen.
30. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach
Anspruch 28, wobei die Vorrichtung weiterhin eine dritte Reaktoreinrichtung
umfaßt, wobei die dritte Reaktoreinrichtung dazu vorgesehen ist,
Eisenkohlenstofflegierung aufzunehmen, die in der zweiten Reaktoreinrichtung erzeugt wurde, um
sie mit legierenden Verbindungen zu vereinigen, um die physikalischen
Eigenschaften der Eisenkohlenstofflegierung zu verändern.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/768,781 US5139568A (en) | 1991-10-03 | 1991-10-03 | Continuous production of iron-carbon alloy using iron carbide |
PCT/US1991/007565 WO1993007300A1 (en) | 1991-10-03 | 1991-10-09 | Continuous production of iron-carbon alloy using iron carbide |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE69130959D1 DE69130959D1 (de) | 1999-04-08 |
DE69130959T2 true DE69130959T2 (de) | 1999-10-28 |
Family
ID=25083467
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE69130959T Expired - Fee Related DE69130959T2 (de) | 1991-10-03 | 1991-10-09 | Kontinuierliche Herstellung von Eisen-Kohlenstoff-Legierung aus Eisenkarbid |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5139568A (de) |
EP (1) | EP0607137B1 (de) |
CN (1) | CN1035334C (de) |
AT (1) | ATE177156T1 (de) |
AU (1) | AU8860291A (de) |
CA (1) | CA2072572C (de) |
DE (1) | DE69130959T2 (de) |
RU (1) | RU2060281C1 (de) |
WO (1) | WO1993007300A1 (de) |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5744117A (en) * | 1993-04-12 | 1998-04-28 | Molten Metal Technology, Inc. | Feed processing employing dispersed molten droplets |
US5395405A (en) * | 1993-04-12 | 1995-03-07 | Molten Metal Technology, Inc. | Method for producing hydrocarbon gas from waste |
US5618032A (en) * | 1994-05-04 | 1997-04-08 | Midrex International B.V. Rotterdam, Zurich Branch | Shaft furnace for production of iron carbide |
US5437708A (en) * | 1994-05-04 | 1995-08-01 | Midrex International B.V. Rotterdam, Zurich Branch | Iron carbide production in shaft furnace |
US5733358A (en) * | 1994-12-20 | 1998-03-31 | Usx Corporation And Praxair Technology, Inc. | Process and apparatus for the manufacture of steel from iron carbide |
WO1996019591A1 (en) * | 1994-12-20 | 1996-06-27 | Usx Corporation | Process and apparatus for the manufacture of steel from iron carbide |
US5529599A (en) * | 1995-01-20 | 1996-06-25 | Calderon; Albert | Method for co-producing fuel and iron |
AUPO426396A0 (en) * | 1996-12-18 | 1997-01-23 | Technological Resources Pty Limited | A method of producing iron |
UA79476C2 (en) * | 2005-01-17 | 2007-06-25 | Anatolii Tymofiiovych Neklesa | Method for direct reduction of ferric oxides with obtaining iron melt and unit for realizing the same |
US7238222B2 (en) * | 2005-03-01 | 2007-07-03 | Peterson Oren V | Thermal synthesis production of steel |
UA83439C2 (uk) * | 2007-02-12 | 2008-07-10 | Анатолий Тимофеевич Неклеса | Пристрій для одержання заліза або сталі з залізооксидного матеріалу |
CN101684507B (zh) * | 2008-09-24 | 2012-02-08 | 莱芜钢铁集团有限公司 | 铁矿石气体还原直接炼钢工艺 |
AT507955B1 (de) | 2009-02-20 | 2011-02-15 | Siemens Vai Metals Tech Gmbh | Verfahren und anlage zum herstellen von substitutgas |
AT510565B1 (de) * | 2011-06-21 | 2012-05-15 | Siemens Vai Metals Tech Gmbh | Vorrichtung zur regelung von prozessgasen in einer anlage zur herstellung von direkt reduzierten metallerzen |
KR20150072935A (ko) * | 2013-12-20 | 2015-06-30 | 주식회사 포스코 | 용철 제조 방법 및 용철 제조 설비 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US732247A (en) * | 1903-05-02 | 1903-06-30 | Gen Electric | Controller for electric motors. |
US2978318A (en) * | 1957-07-15 | 1961-04-04 | Stora Kopparbergs Bergslags Ab | Method of producing steel from pulverulent iron products rich in carbon |
US3356488A (en) * | 1964-02-24 | 1967-12-05 | John H Walsh | Process for utilizing hydrocarbon injection into hot reducing gases in steelmaking |
US3932172A (en) * | 1969-02-20 | 1976-01-13 | Eisenwerk-Gesellschaft Maximilianshutte Mbh | Method and converter for refining pig-iron into steel |
US3941587A (en) * | 1973-05-03 | 1976-03-02 | Q-S Oxygen Processes, Inc. | Metallurgical process using oxygen |
US3988148A (en) * | 1973-05-03 | 1976-10-26 | Q-S Oxygen Processes, Inc. | Metallurgical process using oxygen |
US4053301A (en) * | 1975-10-14 | 1977-10-11 | Hazen Research, Inc. | Process for the direct production of steel |
US4327540A (en) * | 1980-11-28 | 1982-05-04 | International Harvester Company | Header height control for a cotton harvester |
US4456476A (en) * | 1982-02-24 | 1984-06-26 | Sherwood William L | Continuous steelmaking and casting |
-
1991
- 1991-10-03 US US07/768,781 patent/US5139568A/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-10-09 AU AU88602/91A patent/AU8860291A/en not_active Abandoned
- 1991-10-09 RU SU5052777/02A patent/RU2060281C1/ru not_active IP Right Cessation
- 1991-10-09 WO PCT/US1991/007565 patent/WO1993007300A1/en active IP Right Grant
- 1991-10-09 CA CA002072572A patent/CA2072572C/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-10-09 AT AT91919437T patent/ATE177156T1/de not_active IP Right Cessation
- 1991-10-09 EP EP91919437A patent/EP0607137B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1991-10-09 DE DE69130959T patent/DE69130959T2/de not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-07-04 CN CN92105410A patent/CN1035334C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2060281C1 (ru) | 1996-05-20 |
CA2072572C (en) | 1997-03-11 |
EP0607137B1 (de) | 1999-03-03 |
CA2072572A1 (en) | 1993-04-04 |
CN1071202A (zh) | 1993-04-21 |
CN1035334C (zh) | 1997-07-02 |
ATE177156T1 (de) | 1999-03-15 |
US5139568A (en) | 1992-08-18 |
EP0607137A1 (de) | 1994-07-27 |
DE69130959D1 (de) | 1999-04-08 |
WO1993007300A1 (en) | 1993-04-15 |
AU8860291A (en) | 1993-05-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69130959T2 (de) | Kontinuierliche Herstellung von Eisen-Kohlenstoff-Legierung aus Eisenkarbid | |
DE69130568T2 (de) | Verfahren zum vorheizen einer eisen enthaltenden reaktor einspeise vor der behandlung in einem wirbelbettreaktor | |
DE69220674T2 (de) | Verfahren zur eisenherstellung | |
DE69925029T2 (de) | Verfahren und vorrichtung zur herstelung von metallen und metall-legierungen | |
DE19518343C2 (de) | Schmelzreduktionsverfahren mit erhöhter Effektivität | |
DE4437679C2 (de) | Verfahren und Anlage zur Verarbeitung von eisenhaltigen Metalloxiden | |
DE3513732A1 (de) | Verfahren zur metallherstellung und/oder schlackenerzeugung | |
DE2700427A1 (de) | Verfahren zum erzeugen von stahl aus eisenoxyd | |
DE2413558A1 (de) | Verfahren zur herstellung von reduktionsgas | |
DD232507A5 (de) | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von im wesentlichen kohlenoxidgas und wasserstoffgas enthaltendem gas aus kohle- und/oder kohlenwasserstoffhaltigem ausgangsmaterial | |
DE2507140A1 (de) | Verfahren und einrichtung zur erzeugung von roheisen aus oxydischen eisenerzen | |
AT396366B (de) | Verfahren zur erzeugung eines kohlenmonoxid und wasserstoff enthaltenden gases unter verwendung eines plasmagenerators mit anschliessender entschwefelung | |
AT405293B (de) | Verfahren und vorrichtung zum herstellen von geschmolzenem eisen unter verwendung von kohle | |
DE3234311A1 (de) | Verfahren zur rueckgewinnung von metallen aus fluessiger schlacke | |
DE2253228A1 (de) | Verfahren zur gleichzeitigen gewinnung von elektrischer energie und roheisen | |
DE2807964A1 (de) | Verfahren zur kontinuierlichen konvertierung von ne-metallsulfidkonzentraten | |
EP0139310A1 (de) | Verfahren zur Erzeugung von flüssigem, kohlenstoffhaltigem Eisen aus Eisenschwamm | |
DE4041689A1 (de) | Verfahren und anlage zum herstellen von stahl aus eisenhaltigen metalloxiden | |
DE2443177C2 (de) | Metallurgisches Verfahren zur direkten Reduktion von Metalloxiden zu Metall | |
DE4128379C2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur direkten Reduktion von Eisen | |
EP1064412B1 (de) | Verfahren zum umwandeln von schlacken aus der nicht-eisenmetallurgie | |
DE3639343C2 (de) | Verfahren und Anlage zur pyrometallurgischen Verhüttung von feinverteilten Materialien | |
DE69425190T2 (de) | Verfahren zur Herstellung von geschmolzenem Stahl aus Kohlenstoffenreichem eisenhaltigen Material | |
DE2659213A1 (de) | Verfahren zur eisenerzverhuettung | |
DE3885862T2 (de) | Verfahren zur Schmelzreduktion oxydischer Erze. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: GERDAU AMERISTEEL US INC., TAMPA, FLA., US |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |