EP0139310A1 - Verfahren zur Erzeugung von flüssigem, kohlenstoffhaltigem Eisen aus Eisenschwamm - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung von flüssigem, kohlenstoffhaltigem Eisen aus Eisenschwamm Download PDF

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EP0139310A1
EP0139310A1 EP84201106A EP84201106A EP0139310A1 EP 0139310 A1 EP0139310 A1 EP 0139310A1 EP 84201106 A EP84201106 A EP 84201106A EP 84201106 A EP84201106 A EP 84201106A EP 0139310 A1 EP0139310 A1 EP 0139310A1
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EP
European Patent Office
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electrical energy
iron
sponge iron
carbon
sponge
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EP84201106A
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English (en)
French (fr)
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EP0139310B1 (de
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Lothar Formanek
Martin Hirsch
Wolfram Dr. Schnabel
Harry Dr. Serbent
Klaus Dietrich Fritzsche
Heribert Koenig
Gero Dr. Rath
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Vodafone GmbH
GEA Group AG
Original Assignee
Metallgesellschaft AG
Mannesmann AG
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Publication date
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F27D17/004—Systems for reclaiming waste heat
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S75/00—Specialized metallurgical processes, compositions for use therein, consolidated metal powder compositions, and loose metal particulate mixtures
    • Y10S75/958—Specialized metallurgical processes, compositions for use therein, consolidated metal powder compositions, and loose metal particulate mixtures with concurrent production of iron and other desired nonmetallic product, e.g. energy, fertilizer

Definitions

  • the invention relates to a method for producing liquid, carbon-containing iron (hot metal) by direct reduction of iron oxide-containing materials by means of solid carbon-containing reducing agents to sponge iron and melting of sponge iron in an electric reduction furnace.
  • arc furnace is to be understood as directly heated arc furnace in which the heating is carried out by electric arcs burning between the electrodes and the metallic insert or the steel bath (direct arc furnace). For this reason, a process for melting iron sponge in electric reduction furnaces was developed.
  • electrolytic furnaces is to be understood as furnaces in which electrodes are preferably immersed either in an open or half-covered slag bath or in a standing Möller column and in which the energy conversion takes place mainly through resistance heating in the slag bath (submerged arc furnace).
  • Direct reduction using solid carbon-containing reducing agents produces an iron sponge that contains considerably less carbon.
  • the carbon content is generally below 0.5%.
  • part of the sponge iron with poorer metallurgical properties i.e. with less metallization and / or smaller grain size.
  • melting this sponge iron with poorer metallurgical properties causes difficulties and may require additional costs.
  • the invention has for its object to melt the sponge iron produced by direct reduction with solid carbon-containing reducing agents, and in particular the resulting portion with poorer metallurgical properties, in a simple and economical manner.
  • This object is achieved according to the invention in that the exhaust gas from the direct reduction is used to generate electrical energy, the electrical energy is passed into the electroreduction furnace, and an amount of sponge iron corresponding to the quantity of electrical energy generated is used in the electroreduction furnace, at least part of the sponge iron is used, which has poorer metallurgical properties.
  • the sensible heat and the latent heat of the direct reduction exhaust gas released by post-combustion are used to generate steam, and the steam is used to generate electrical energy which is conducted into the electric reduction furnace.
  • the amount of sponge iron used is regulated so that the desired hot metal is melted with the electrical energy generated.
  • "Hot metal” is understood to mean an iron unsaturated in carbon with about 1.8 to 2.5% C. For reasons of reaction kinetics, the hot metal cannot be saturated with carbon. A corresponding amount of carbon is added to the furnace to achieve this carbon content. Short-term fluctuations in the amount of electrical energy generated do not interfere, since the electric reduction furnace can be operated with variable power consumption. In the event of long-term fluctuations, regulation can be carried out using the amount of sponge iron used.
  • iron sponge obtained in direct reduction is not processed, a mixture of iron sponge with metallurgically poorer and metallurgically better properties is used in the electric reduction furnace. When processing takes place, only the sponge iron with poorer metallurgical properties is used. Only when this amount is too small will the better one
  • Sponge iron also used.
  • the sponge iron not used in the electric reduction furnace can be sold or used for other purposes.
  • the electric reduction furnace can be used when hot.
  • the hot metal produced can be cast, granulated or processed further in liquid form.
  • the direct reduction takes place in particular in the rotary kiln, but can also be done in other ways, e.g. in the circulating fluidized bed using fine-grained ores.
  • a preferred embodiment is that the sponge iron is subjected to a treatment before being used in the electric reduction furnace; and the fraction of sponge iron with poorer metallurgical properties that is produced during the treatment is used in the electric reduction furnace.
  • the preparation takes place by sieving and magnetic separation. It can be carried out as a hot or cold preparation. The following fractions can occur during processing: coarse sponge iron, fine-grained sponge iron, excess carbon, ash and desulfurizing agent. This makes it possible to use the entire portion of the sponge iron with poorer metallurgical properties in the electric reduction furnace and to sell the portion which has the better metallurgical properties or to send it for further processing.
  • the preparation can take place in such a way that the part with the best metallurgical properties is obtained for sale or further processing.
  • the separated carbon excess can be used for this, in particular one which is of good quality, ie whose ash and sulfur content is relatively low.
  • the coals Excess material can also be returned to direct reduction or used for other purposes.
  • a preferred embodiment is that the hot metal generated in the electric reduction furnace is carburized.
  • the carburization is expediently carried out in a pan with the addition of carbon.
  • the hot metal is overheated in the electric reduction furnace to such an extent that it reaches the carburizing stage at a temperature which is approximately 150 ° C. above the liquidus line.
  • Excess carbon from the direct reduction can be used as carbon.
  • the carburization can take place up to a C content of up to about 4%.
  • a particularly preferred embodiment is that the hot metal or the pig iron is blown into steel with the addition of sponge iron as a coolant.
  • the blowing into steel takes place by means of oxygen-containing gases, preferably technically pure oxygen, in a converter.
  • the sponge iron with better metallurgical properties which is obtained after processing, is preferably used as the coolant.
  • the sponge iron with poorer metallurgical properties is melted down with optimal utilization of the heat content of the exhaust gas of the direct reduction, and the sponge iron with better metallurgical properties is used to produce steel.
  • the system is very flexible. Excess sponge iron with good metallurgical properties can still be used for other purposes. Part of the electrical energy generated can be used to generate oxygen.
  • a preferred embodiment is that the temperature and / or the content of combustible components of the Ab gases of the direct reduction to increase the amount of electrical energy generated.
  • the temperature and / or the content of combustible constituents are increased via the values required for direct reduction. This can be done by using coal with a high volatile content, which is not used in direct reduction, or by using larger amounts of coal. As a result, a larger part of the sponge iron can be melted down.
  • a preferred embodiment is that the exhaust gas from the electric reduction furnace is used to generate electrical energy. As a result, a larger part of the sponge iron can be melted down.
  • a preferred embodiment is that the exhaust gas from the converter is used to generate electrical energy. As a result, a larger part of the sponge iron can be melted down.
  • a preferred embodiment is that additional electrical energy is generated by burning carbon.
  • the separated carbon excess of the direct reduction can be used as carbon.
  • carbon with poor metallurgical properties - such as a high ash and sulfur content - can be used easily and effectively in this way.
  • cheap coal, but also gas or oil can be used.
  • the combustion is preferably carried out in a circulating fluidized bed. Such methods are described in DE-AS 2 539 546, US Pat. No. 4,165,717, DE-OS 2,624,3o2, US Pat. No. 4,111,158.
  • the generation of electrical energy from the hot combustion gases can be carried out together with the generation of energy from the Exhaust gas of the direct reduction or separately from this.
  • Ine configuration is that the additionally generated amount of electrical energy is controlled so that the entire sponge iron is melted into hot metal in the electric reduction furnace.
  • the entire sponge iron can be processed into a valuable primary material with a significantly smaller volume and problem-free properties with regard to transport and storage.
  • One embodiment is that the additional amount of electrical energy generated is controlled so that the entire sponge iron is processed into steel. If e.g. the electrical energy generated with exhaust gas is sufficient for melting 5o% of the sponge iron into hot metal and for blowing this hot metal into steel another 2o% of the sponge iron is required as a coolant, 3o% iron sponge remains as the rest. Then so much additional electrical energy is generated that of the remaining 30% iron sponge, such an amount is melted into hot metal that, when blown into steel, requires the rest of the rest as a coolant. As a result, the entire sponge iron can be melted into a high-quality end product and processed.
  • One embodiment is that missing electrical energy is taken from the network. Due to the extensive control options in the production of the hot metal, the missing electrical energy can be drawn from the network in a largely constant amount. It is therefore not necessary to have a very powerful network that could also deliver short, high peak values.
  • a preferred embodiment is that the blowing into steel takes place with the addition of energy sources.
  • the energy sources can be introduced in solid, gaseous or liquid state in a blower unit, for example in the form of fine-grained coal, and blown into the bath.
  • a blower unit for example in the form of fine-grained coal
  • the heat required is largely generated by burning carbon in the bathroom. If the carbon introduced with the feed materials is not sufficient to cover the required amount of heat, the missing amount of heat can be directly and economically brought in by primary energy.
  • the system is made very flexible by adding the energy sources. If for example.
  • the amount of oxygen generated with the exhaust gases is sufficient to produce the desired amount of steel, but the amount of electrical energy generated with the exhaust gases is not sufficient to produce the required amount of hot metal or pig iron, by adding the energy sources a correspondingly larger amount of sponge iron and / or scrap is fed into the blow-molding unit. Fluctuations in power generation can be absorbed in the same way. This rule possibility exists both in the V of a portion of the E erblasung isenschwammes as well as the entire sponge iron to steel.
  • the oxygen can also be generated by means of a steam turbine, which is connected directly to the compressor.
  • the oxygen generated can be stored and used as a buffer for operational fluctuations.
  • Gas turbines can also be used to generate electricity.
  • the invention is illustrated by a figure.
  • the feed 2 consisting of iron ore, coal and aggregates, is charged in the rotary kiln 1.
  • the reduced material 3 is placed in the preparation 4, which consists of sieving and magnetic separation. To simplify matters, only one output is shown for each product.
  • the sponge iron with poorer metallurgical properties 5 is charged into the electric reduction furnace 6.
  • the exhaust gas 7 from the rotary kiln 1 is fed into the electrical power generation 8, which consists of afterburning, steam generation and power generation. Electrical energy 9 is conducted into the electric reduction furnace 6.
  • the hot metal 10o produced is carburized in the carburization 11, which consists of a pan.
  • the ekohlte on 12 g of iron is charged into the converter 13 and blown with addition of sponge iron having good metallurgical properties 14 as a coolant to steel 15th
  • the exhaust gas 16 of the electric reduction furnace 6 and the exhaust gas 17 of the converter 13 are also conducted into the electrical power generation 8.
  • Ash and desulfurizing agent are removed from treatment 4 as outlets 19.
  • the excess carbon-containing material with poor metallurgical properties 2o is passed into the combustion 21, which consists of a circulating fluidized bed and is fed into the further carbon-containing material 22.
  • the hot combustion gases 23 are conducted into the electrical energy generation 8.
  • Electrical energy 24 is conducted into the oxygen generation 25.
  • the oxygen 26 is inserted into the converter 13. Missing electrical energy can be drawn from a network 27. Part of the E isenschwamms with good metallurgical properties 14 a can be removed for other purposes. Instead of the excess carbon-containing material 18a, 18b, 18c, other carbon can also be used. When the hot metal 1 0 or carburized iron 12 is not blown to steel, it is poured or granulated.
  • Energy carriers can be introduced into the converter 13 via line 28, e.g. fine-grained coal can be blown into the bath.
  • the advantages of the invention are that the iron sponge obtained in the direct reduction with solid, carbon-containing reducing agents, which contains a relatively low carbon content, can be melted down with optimum use of the heat content of the exhaust gases.
  • the portion of the sponge iron that has poorer metallurgical properties can be processed into an intermediate product that can be used without restriction. An integrated process without external energy or with cheaply produced external energy is possible. The process can be operated very variably.

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Abstract

Eisenschwamm wird durch Direktreduktion (1) mittels fester, kohlenstoffhaltiger Reduktionsmittel (3) hergestellt. Zum Einschmelzen des Eisenschwamms (3), und insbesondere des Anteils (5) mit schlechteren metallurgischen Eigenschaften, in möglichst einfacher und wirtschaftlicher Weise, wird das Abgas (7) der Direktreduktion (1) zur Erzeugung elektrischer Energie (9, 24) verwendet, die elektrische Energie (9) in einen Elektroreduktionsofen (6) geleitet und eine der erzeugten Menge der elektrischen Energie (9) entsprechende Menge von Eisenschwamm (3) eingesetzt, wobei mindestens ein Teil des Eisenschwamms (5) eingesetzt wird, der schlechtere metallurgische Eigenschaften aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von flüssigem, kohlenstoffhaltigem Eisen (hot metal) durch Direktreduktion von eisenoxidhaltigen Materialien mittels fester kohlenstoffhaltiger Reduktionsmittel zu Eisenschwamm und Einschmelzen von Eisenschwamm in einem Elektroreduktionsofen.
  • Das Einschmelzen von Eisenschwamm in Elektrolichtbogenöfen führt zu Schwierigkeiten, insbesondere wenn der Lichtbogenofen ausschließlich mit Eisenschwamm beschickt wird. Unter dem Ausdruck "Lichtbogenöfen" sind direktbeheizte Lichtbogenöfen zu verstehen, bei denen die Beheizung durch zwischen den Elektroden und dem metallischen Einsatz bzw. dem Stahlbad brennende elektrische Lichtbögen erfolgt (direct arc furnace). Aus diesem Grunde wurde ein Verfahren zum Einschmelzen von Eisenschwamm in Elektroreduktionsöfen entwickelt. Unter dem Ausdruck "Elektroreduktionsöfen" sind öfen zu verstehen., bei denen Elektroden entweder vorzugsweise in ein offenes oder halbgedecktes Schlackenbad oder in eine stehende Möller-Säule eintauchen und in denen der Energieumsatz hauptsächlich durch Widerstandserwärmung im Schlackenbad erfolgt (submerged arc furnace).
  • Das Einschmelzen von Eisenschwamm in Elektroreduktionsöfen ist z.B. beschrieben in "Stahl und Eisen" 97 (1977), Seiten 7 - 17. Diese Verfahren sind in erster Linie als Ersatz für den Elektrolichtbogenofen konzipiert, d.h. für die Herstellung von Stahl mit Kohlenstoffgehalten bis zu etwa 1 %.Der eingesetzte Eisenschwamm hat Kohlenstoffgehalte von über 1 %, d.h. er stammt aus einer Direktreduktion mit gasförmigen, CO-haltigen Reduktionsmitteln. Als untere Korngröße des eingesetzten Eisenschwamms werden 6 mm angeführt und die Metallisierung beträgt etwa 9o %. Als Einsatzgut wird also ein Eisenschwamm mit höherem Kohlenstoffgehalt und guten metallurgischen Eigenschaften verwendet. Die elektrische Energie wird aus einem Netz entnommen.
  • Bei der Direktreduktion mittels fester kohlenstoffhaltiger Reduktionsmittel fällt ein Eisenschwamm an, der beträchtlich weniger Kohlenstoff enthält. Der Kohlenstoffgehalt liegt im allgemeinen unter o,5 %. Außerdem fällt auch ein Teil des Eisenschwamms mit schlechteren metallurgischen Eigenschaften, d.h. mit geringerer Metallisierung und/oder kleinerer Korngröße an. Insbesondere das Einschmelzen dieses Eisenschwamms mit schlechteren metallurgischen Eigenschaften bereitet Schwierigkeiten und erfordert eventuell zusätzliche Kosten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den durch Direktreduktion mit festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmitteln erzeugten Eisenschwamm, und insbesondere den dabei anfallenden Anteil mit schlechteren metallurgischen Eigenschaften, in möglichst einfacher und wirtschaftlicher Weise einzuschmelzen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß das Abgas der Direktreduktion zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet wird, die elektrische Energie in den Elektroreduktionsofen geleitet wird, und eine der erzeugten Menge der elektrischen Energie entsprechende Menge von Eisenschwamm in den Elektroredüktionsofen eingesetzt wird, wobei mindestens ein Teil des Eisenschwamms eingesetzt wird, der schlechtere metallurgische Eigenschaften aufweist.
  • Die fühlbare Wärme und die durch Nachverbrennung freigesetzte latente Wärme des Abgases der Direktreduktion werden zur Erzeugung von Dampf verwendet, und mit dem Dampf wird elektrische Energie erzeugt, die in den Elektroreduktionsofen geleitet wird. Die Menge des eingesetzten Eisenschwamms wird so geregelt, daß mit der erzeugten elektrischen Energie das gewünschte hot metal erschmolzen wird. Unter "hot metal" ist ein an Kohlenstoff ungesättigtes Eisen mit etwa 1,8 bis 2,5 % C zu verstehen. Aus Gründen der Reaktionskinetik kann das hot metal nicht mit Kohlenstoff gesättigt werden. Zur Erzielung dieses Kohlenstoffgehaltes wird eine entsprechende Menge Kohlenstoff in den Ofen zugesetzt. Kurzzeitige Schwankungen in der Menge der erzeugten elektrischen Energie stören nicht, da der Elektroreduktionsofen mit variabler Leistungsaufnahme betrieben werden kann. Bei längerzeitigen Schwankungen kann eine Regelung durch die Menge des eingesetzten Eisenschwamms erfolgen. Wenn keine Aufbereitung des bei der Direktreduktion anfallenden Eisenschwamms erfolgt, wird ein Gemisch von Eisenschwamm mit metallurgisch schlechteren und metallurgisch besseren Eigenschaften in den Elektroreduktionsofen eingesetzt. Wenn eine Aufbereitung erfolgt, wird immer zunächst nur der Eisenschwamm mit schlechteren metallurgischen Eigenschaften eingesetzt. Erst wenn diese Menge zu gering ist, wird der bessere
  • Eisenschwamm auch eingesetzt. Der nicht in dem Elektroreduktionsofen eingesetzte Eisenschwamm kann verkauft werden oder anderen Verwendungszwecken zugeführt werden. Der Einsatz in den Elektroreduktionsofen kann in heißem Zustand erfolgen. Das erzeugte hot metal kann vergossen, granuliert oder flüssig weiterverarbeitet werden. Die Direktreduktion erfolgt insbesondere im Drehrohrofen, kann aber auch auf andere Weise erfolgen, z.B. in der zirkulierenden Wirbelschicht unter Einsatz feinkörniger Erze.
  • Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß der Eisenschwamm vor dem Einsatz in den Elektroreduktionsofen einer Aufbereitung unterzogen wird; und die bei der Aufbereitung anfallende Fraktion des Eisenschwamms mit schlechteren metallurgischen Eigenschaften in den Elektroreduktionsofen eingesetzt wird. Die Aufbereitung erfolgt durch Siebung und Magnetscheidung. Sie kann als heiße oder kalte Aufbereitung durchgeführt werden. Folgende Fraktionen können bei der Aufbereitung anfallen: grober Eisenschwamm, feinkörniger Eisenschwamm, Uberschußkohlenstoff, Asche und Entschwefelungsmittel. Dadurch ist es möglich, den gesamten Anteil des Eisenschwamms mit schlechteren metallurgischen Eigenschaften in den Elektroreduktionsofen einzusetzen und den Anteil, der die besseren metallurgischen Eigenschaften besitzt, zu verkaufen oder einer Weiterverarbeitung zuzuführen. Die Aufbereitung kann so erfolgen, daß für den Verkauf oder die Weiterverarbeitung der Teil anfällt, der die besten metallurgischen Eigenschaften aufweist. Weiterhin ist eine genau dosierte Zugabe des im Elektroreduktionsofen erforderlichen Kohlenstoffs möglich. Dazu kann der abgetrennte Kohlenstoffüberschuß verwendet werden, insbesondere solcher, der gute Qualität hat, d.h. dessen Gehalt an Asche und Schwefel relativ niedrig ist. Der Kohlenstoffüberschuß kann auch in die Direktreduktion zurückgeführt oder anderen Zwecken zugeführt werden.
  • Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß das im Elektroreduktionsofen erzeugte hot metal aufgekohlt wird. Die Aufkohlung erfolgt zweckmäßigerweise in einer Pfanne unter Zugabe von Kohlenstoff. Dazu wird das hot metal im Elektroreduktionsofen soweit überhitzt, daß es mit einer Temperatur in die Aufkohlungsstufe gelangt, die etwa 15o° C über der Liquiduslinie liegt. Als Kohlenstoff kann abgetrennter Uberschußkohlenstoff aus der Direktreduktion verwendet werden. Die Aufkohlung kann auf einen C-Gehalt bis zu etwa 4 % erfolgen.
  • Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, daß das hot metal oder das Roheisen unter Zugabe von Eisenschwamm als Kühlmittel zu Stahl verblasen wird. Das Verblasen zu Stahl erfolgt mittels sauerstoffhaltiger Gase, vorzugsweise technisch reinem Sauerstoff, in einem Konverter. Vorzugsweise wird als Kühlmittel der Eisenschwamm mit besseren metallurgischen Eigenschaften eingesetzt, der nach der Aufbereitung anfällt. Auf diese Weise wird der Eisenschwamm mit schlechteren metallurgischen Eigenschaften unter optimaler Ausnutzung des Wärmeinhaltes des Abgases der Direktreduktion eingeschmolzen und der Eisenschwamm mit besseren metallurgischen Eigenschaften zur Erzeugung von Stahl verwendet. Das System ist sehr flexibel. Überschüssiger Eisenschwamm mit guten metallurgischen Eigenschaften kann weiterhin für andere Zwecke verwendet werden. Ein Teil der erzeugten elektrischen Energie kann zur Erzeugung von Sauerstoff verwendet werden.
  • Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Temperatur und/oder der Gehalt an brennbaren Bestandteilen des Abgases der Direktreduktion zur Steigerung der erzeugten Menge an elektrischer Energie erhöht wird. Die Erhöhung der Temperatur und/oder des Gehaltes an brennbaren Bestandteilen erfolgt über die für die Direktreduktion erforderlichen Werte. Dies kann durch Einsatz von Kohle mit hohem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen erfolgen, die nicht in der Direktreduktion ausgenutzt werden, oder durch den Einsatz von größeren Mengen an Kohle. Dadurch kann ein größerer Teil des Eisenschwamms eingeschmolzen werden.
  • Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß das Abgas des Elektroreduktionsofens zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet wird. Dadurch kann ein größerer Teil des Eisenschwamms eingeschmolzen werden.
  • Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß das Abgas des Konverters zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet wird. Dadurch kann ein größerer Teil des Eisenschwamms eingeschmolzen werden.
  • Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß durch Verbrennung von Kohlenstoff zusätzliche elektrische Energie erzeugt wird. Als Kohlenstoff kann der abgetrennte Kohlenstoffüberschuß der Direktreduktion verwendet werden. Insbesondere der Kohlenstoff mit schlechten metallurgischen Eigenschaften - wie hoher Asche- und Schwefelgehalt - kann auf diese Weise problemlos und nutzbringend verwendet werden. Weiterhin können billige Kohlen, aber auch Gas oder öl verwendet werden. Die Verbrennung erfolgt vorzugsweise in einer zirkulierenden Wirbelschicht. Solche Verfahren sind beschrieben in der DE-AS 2 539 546, US-PS 4 165 717, DE-OS 2 624 3o2, US-PS 4 111 158. Die Erzeugung der elektrischen Energie aus den heißen Verbrennungsgasen kann gemeinsam mit der Energieerzeugung aus dem Abgas der Direktreduktion oder getrennt von dieser erfolgen.
  • ine Ausgestaltung besteht darin, daß die zusätzlich erzeugte Menge an elektrischer Energie so geregelt wird, daß der gesamte Eisenschwamm im Elektroreduktionsofen zu hot metal eingeschmolzen wird. Dadurch kann der gesamte Eisenschwamm in ein wertvolles Vormaterial mit wesentlich geringerem Volumen und problemlosen Eigenschaften im Hinblick auf Transport und Lagerung verarbeitet werden.
  • Eine Ausgestaltung besteht darin, daß die zusätzlich erzeugte Menge an elektrischer Energie so geregelt wird, daß der gesamte Eisenschwamm zu Stahl verarbeitet wird. Wenn z.B. die mit Abgas erzeugte elektrische Energie für das Einschmelzen von 5o % des Eisenschwamms zu hot metal ausreicht und zum Verblasen dieses hot metals zu Stahl weitere 2o % des Eisenschwamms als Kühlmittel benötigt werden, verbleiben 3o % Eisenschwamm als Rest. Dann wird soviel zusätzliche elektrische Energie erzeugt, daß von den restlichen 3o % Eisenschwamm eine solche Menge zu hot metal eingeschmolzen wird, die beim Verblasen zu Stahl den anderen Rest als Kühlmittel benötigt. Dadurch kann der gesamte Eisenschwamm in ein hochwertiges Endprodukt eingeschmolzen und verarbeitet werden.
  • Eine Ausgestaltung besteht darin, daß fehlende elektrische Energie aus dem Netz entnommen wird. Durch die weitgehenden Regelmöglichkeiten bei der Erzeugung des hot metals kann die fehlende elektrische Energie in weitgehend konstanter Menge aus dem Netz entnommen werden. Es ist also kein sehr leistungsfähiges Netz erforderlich, das auch kurzzeitige hohe Spitzenwerte liefern könnte.
  • Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß das Verblasen zu Stahl unter Zusatz von Energieträgern erfolgt. Die Energieträger können im festen, gasförmigen oder flüssigem Zustand in üas Verblaseaggregat eingebracht werden, z.B. in Form von feinkörniger Kohle in das Bad eingeblasen werden. Beim Verblasen wird die erforderliche Wärme weitgehend durch Verbrennung von Kohlenstoff im Bad erzeugt. Wenn der mit den Einsatzstoffen eingebrachte Kohlenstoff nicht zur Deckung der erforderlichen Wärmemenge ausreicht, kann auf diese Weise die fehlende Wärmemenge direkt durch Primärenergie in wirtschaftlicher Weise eingebracht werden. Durch die Zugabe der Energieträger wird das System sehr flexibel gemacht. Wenn z B. die mit den Abgasen erzeugte Menge an Sauerstoff iür Cie Erzeugung der gewünschten Menge an Stahl ausreicht, jedoch die mit den Abgasen erzeugte Menge an elektrischer Energie nicht ausreicht, um die dazu nötige Menge an hot metal oder Roheisen zu erzeugen, kann durch die Zugabe der Energieträger in das Verblaseaggregat eine entsprechend größere Menge an Eisenschwamm und/oder Schrott eingegeben weiden. In der gleichen Weise können Schwankungen in der Stromerzeugung aufgefangen werden. Diese Regelmöglichkeit besteht sowohl bei der Verblasung eines Teiles des Eisenschwammes als auch des gesamten Eisenschwamms zu Stahl.
  • Der Sauerstoff kann auch mittels einer Dampfturbine erzeugt werden, die direkt an den Kompressor angeschlossen ist. Der erzeugte Sauerstoff kann gespeichert werden und als Puffer für Betriebsschwankungen genutzt werden. Für die Stromerzeugung ist auch der Einsatz von Gasturbinen möglich.
  • Die Erfindung wird anhand einer Figur näher erläutert.
  • In den Drehrohrofen 1 wird die Beschickung 2, bestehend aus Eisenerz, Kohle und Zuschlägen, chargiert. Das reduzierte Material 3 wird in die Aufbereitung 4 gegeben, die aus Siebung und Magnetscheidung besteht. Zur Vereinfachung ist für jedes Produkt jeweils nur ein Ausgang dargestellt. Der Eisenschwamm mit schlechteren metallurgischen Eigenschaften 5 wird in den Elektroreduktionsofen 6 chargiert. Das Abgas 7 des Drehrohrofens 1 wird in die elektrische Energieerzeugung 8 geleitet, die aus Nachverbrennung, Dampferzeugung und Stromerzeugung besteht. Elektrische Energie 9 wird in den Elektroreduktionsofen 6 geleitet. Das erzeugte hot metal 1o wird in der Aufkohlung 11, die aus einer Pfanne besteht, aufgekohlt. Das aufgekohlte Eisen 12 wird in den Konverter 13 chargiert und unter Zusatz von Eisenschwamm mit guten metallurgischen Eigenschaften 14 als Kühlmittel zu Stahl 15 verblasen. Das Abgas 16 des Elektroreduktionsofens 6 und das Abgas 17 des Konverters 13 werden ebenfalls in die elektrische Energieerzeugung 8 geleitet. Das in der Aufbereitung 4.abgetrennte überschüssige kohlenstoffhaltige Material mit guten metallurgischen Eigenschaften 18a, 18b, 18c wird zum Teil in den Elektroreduktionsofen 6, zum Teil in die Aufkohlung 11 und zum Teil in den Drehrohrofen 1 chargiert. Asche und Entschwefelungsmittel werden als Abgänge 19 aus der Aufbereitung 4 abgeführt. Das überschüssige kohlenstoffhaltige Material mit schlechten metallurgischen Eigenschaften 2o wird in die Verbrennung 21 geleitet, die aus einer zirkulierenden Wirbelschicht besteht und in die weiteres kohlenstoffhaltiges Material 22 geleitet wird. Die heißen Verbrennungsgase 23 werden in die elektrische Energieerzeugung 8 geleitet. Elektrische Energie 24 wird in die Sauerstofferzeugung 25 geleitet. Der Sauerstoff 26 wird in den Konverter 13. eingesetzt. Aus einem Netz 27 kann fehlende elektrische Energie entnommen werden. Ein Teil des Eisenschwamms mit guten metallurgischen Eigenschaften 14 a kann für andere Zwecke abgeführt werden. Anstelle des überschüssigen kohlenstoffhaltigen Materials 18a, 18b, 18c kann auch anderer Kohlenstoff eingesetzt werden. Wenn das hot metal 10 oder das aufgekohlte Eisen 12 nicht zu Stahl verblasen wird, wird es vergossen oder granuliert.
  • In den Konverter 13 können über Leitung 28 Energieträger eingebracht werden, z.B. feinkörnige Kohle in das Bad eingeblasen werden.
  • Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß der bei der Direktreduktion mit festen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmitteln anfallende Eisenschwamm, der einen relativ geringen Gehalt an Kohlenstoff enthält, unter optimaler Ausnutzung des Wärmeinhaltes der Abgase eingeschmolzen werden kann. Insbesondere kann der Anteil des Eisenschwammes, der schlechtere metallurgische Eigenschaften aufweist, in ein unbeschränkt verwendbares Vorprodukt verarbeitet werden. Es ist ein integrierter Prozeß ohne Fremdenergie oder mit billig erzeugter Fremdenergie möglich. Das Verfahren kann sehr variabel betrieben werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Erzeugung von flüssigem, kohlenstoffhaltigem Eisen (hot metal) durch Direktreduktion von eisenoxiähaltigen Materialien mittels fester kohlenstoffhaltiger Reduktionsmittel zu Eisenschwamm und Einschmelzen von Eisenschwamm in einem Elektroreduktionsofen, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas der Direktreduktion zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet wird, die elektrische Energie in den Elektroreduktionsofen geleitet wird, und eine der erzeugten Menge der elektrischen Energie entsprechende Menge von Eisenschwamm in den Elektroreduktionsofen eingesetzt wird, wobei mindestens ein Teil des Eisenschwamms eingesetzt wird, der schlechtere metallurgische Eigenschaften aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenschwämm vor dem Einsatz in den Elektroreduktionsofen einer Aufbereitung unterzogen wird, und die bei der Aufbereitung anfallende Fraktion des Eisenschwammes mit schlechteren metallurgischen Eigenschaften in den Elektroreduktionsofen eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das im Elektroreduktionsofen erzeugte hot metal aufgekohlt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das hot metal oder das Roheisen unter Zugabe von Eisenschwamm als Kühlmittel zu Stahl verblasen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur und/oder der Gehalt an brennbaren Bestandteilen des Abgases der Direktreduktion zur Steigerung der erzeugten Menge an elektrischer Energie erhöht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas des Elektroreduktionsofens zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet wird.
7 Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas des Konverters zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verbrennung von Kohlenstoff zusätzliche elektrische Energie erzeugt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich erzeugte Menge an elektrischer Energie so geregelt wird, daß der gesamte Eisenschwamm im Elektroreduktionsofen zu hot metal eingeschmolzen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich erzeugte Menge an elektrischer Energie so geregelt wird, daß der gesamte Eisenschwamm zu Stahl verarbeitet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß fehlende elektrische Energie aus dem Netz entnommen wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verblasen zu Stahl unter Zusatz von Energieträgern erfolgt.
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