EP1275739A2 - Process and apparatus for metal production, especially steel, from fine grained metal oxides - Google Patents
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- EP1275739A2 EP1275739A2 EP02013291A EP02013291A EP1275739A2 EP 1275739 A2 EP1275739 A2 EP 1275739A2 EP 02013291 A EP02013291 A EP 02013291A EP 02013291 A EP02013291 A EP 02013291A EP 1275739 A2 EP1275739 A2 EP 1275739A2
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- C21B2100/60—Process control or energy utilisation in the manufacture of iron or steel
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Definitions
- the invention relates to a plant and a method for metal production, preferably for direct steelmaking, of fine-grained metal oxide, in particular iron-containing ore, wherein the metal oxide introduced into a reduction reactor and in this reduction reactor by a predominantly formed from H 2 , preferably at least 90% by volume H. 2 -containing, reducing gas is at least partially reduced, and subsequently in a melt reactor, preferably to steel, is melted.
- a transport reduction reactor is distinguished from the Operation of a conventional shaft furnace, as taught in EP00106747A1, especially characterized in that, for example, by the more uniform distribution of the starting materials in the reducing gas, an energetically and / or kinetically more favorable course of the Reduction can be achieved. In this way, you will have significant energy costs saved.
- Embodiments especially characterized in that the fine-grained Feedstock in the directed transport gas stream of the transport reduction reactor is brought in and transported by this.
- a transport reduction reactor provides a particular embodiment Reactor for the reduction of metal oxide with a transporting carrier gas.
- a carrier gas can according to a preferred embodiment of the invention Process any suitable gas, in particular an at least partially inert gas be used. According to a preferred embodiment of the invention is as Carrier gas used an at least partially reducing gas.
- Carrier gas used an at least partially reducing gas for example the composition of the carrier gas not for at least partial reduction of the metal ore in the transport reduction reactor is sufficient for a supply of sufficient amount of reducing gas in the transport reduction reactor to to care.
- the CO 2 emission is reduced or, ideally, completely prevented.
- the partially consumed reducing gas contains H 2 O in addition to H 2 , which significantly simplifies the treatment of exhaust gas compared to systems in which, for example, a CO and H 2 -containing reducing gas is used.
- the inventive method is characterized by its particularly economical Operating mode, as feedstocks fine ore and as reducing agent hydrogen be used. Hydrogen is currently cheap from natural gas or coal too produce. In the future, an economic production of hydrogen by means of Electrolysis or succeed in bioreactors.
- Metal oxide particles at least partially by the carrier gas against gravity transported. This form of transport leads to a particularly advantageous Distribution of the metal oxide particles, as well as a particularly efficient reduction the same.
- a fine Distribution of the metal oxide in the carrier gas stream, in particular the Reduction gas stream is provided, one over the prior art significantly faster and more complete reduction of the fine metal oxides can be achieved.
- embodiments are with, on or in the Transport reduction reactor arranged, injectors and / or feeding devices possible, in each case the metal oxide in or against the flow direction of the Carrier gas stream, in particular the reducing gas stream, bring in this.
- the role of the metal oxide in the carrier gas flow may be at different angles take place, for example, under 135 ° (225 °) or 120 ° (210 °) against the Flow direction (0 ° corresponds to flow direction).
- the reduction in the transport reduction reactor is below a temperature of 1000 ° C, preferably at a temperature of 500 to 900 ° C, more preferably from 700 to 900 ° C, carried out.
- the fine-grained metal oxide is introduced with a further carrier gas into the transport reduction reactor, in particular injected under pressure, wherein the further carrier gas preferably at least 50 vol% H 2 , more preferably at least 75 vol% H 2 , in particular at least 90 Vol% H 2 , contains.
- the at least partially reduced metal oxide for example, introduced into a melt reactor and processed into liquid steel become.
- direct steelmaking is particularly efficient Form, in particular in only one process stage, feasible.
- the reduction gas which in turn is at least partially purified of solid particles in the gas-solid separation apparatus, is subjected to gas treatment, whereby impurities, in particular H 2 O, are at least partially separated, and possibly used H 2 is at least partially replaced ,
- a complete replacement of the spent H 2 is provided. This prevents harmful accumulation of the reducing gas in H 2 O in the system.
- the separated in the gas-solid separation device is the separated in the gas-solid separation device, at least partially reduced, metal oxide from the gas-solid separation device, in particular by a hydrogen flow pump, sucked off.
- a hydrogen flow pump is by definition one Pump for introducing reducing gas and fine solid into a reaction vessel, in a preferred embodiment analogous to a water jet pump is working.
- a hydrogen flow pump for example by a, flowed through by hydrogen, venturi realized in the by Exploitation of the pressure difference due to the different Flow cross sections creates a pumping effect and in a simple way the fine Solids, for example, the finely particulate metal oxide, sucked and in the appropriate vessel and / or introduced into the corresponding reactor can.
- the at least partially reduced metal oxide is introduced into a melt reactor, and under the action of a plasma torch and / or an electric arc melted.
- an H 2 -containing gas is fed to the melt reactor, which is optionally at least partially ionized in the melt reactor and optionally subsequently introduced as reducing gas into the transport reduction reactor.
- a hot plasma is generated for melting the fine-grained metal oxides.
- energy and costs are saved by using the, preferably hot, H 2 -containing exhaust gas of the melt reactor as transport gas and carrier gas of the transport reduction reactor.
- the method according to the invention is in the melt reactor less than 50% by volume, in particular less than 10% by volume, the, used in the reduction chamber, carrier and / or reducing gas introduced, and for example from the melt reactor in the Transport reduction reactor, preferably as a carrier gas and / or reducing gas converted.
- the amount of metal oxide which enters the transport reduction reactor is introduced, and / or the flow and / or amount of the carrier and / or Reduction gas in the transport reduction reactor itself by a Hydrogen flow pump, and / or a corresponding one of the prior art known device, regulated.
- the liquid steel is continuously, for example, via an inductive pump and a Siphon, discharged from the smelting reactor.
- the slag is discharged in batches from the melt reactor.
- the invention is further characterized by a device according to claim 9.
- the device according to the invention is Carrier gas supply and / or the transport reduction reactor designed such that in the Reduction chamber in the area of the feed of the metal oxide a directed Carrier gas flow is adjustable, and is further the solids supply of the reduction chamber carried out such that the metal oxide is at least partially initiated by introducing In particular blowing, in the at least partially directed carrier gas stream of the Transport reduction reactor is finely distributed. In one embodiment, this takes place with, in particular by, the coincidence of the metal oxide with the im Transport reduction reactor prevailing carrier gas flow a fine distribution of Metal oxides in the carrier gas.
- the transport reduction reactor has an opening through which the reducing gas together with the at least partially reduced, substantially solids-shaped, Metal oxide from the transport reduction reactor is derivable.
- the solid feed is carried out in a manner which makes it possible to adjust the substantially solid-shaped metal oxide, preferably controllably, by a further carrier gas which is at least 50% by volume, preferably at least 90% by volume. from, optionally hot, H 2 consists, to introduce into the transport reduction reactor.
- the device according to the invention is the reducing gas together with the at least partially reduced, im essential solid-shaped, metal oxide from the transport reduction reactor in a Gas-solid separation device, which has a lining, the compared to a hot reducing gas, the more than 50% by volume, in particular to more than 90% by volume, composed of hydrogen gas, is stable.
- the gas-solid separation device is arranged and / or formed such that the fine-grained metal oxide at least partially by the, in the Transport reduction reactor prevailing, directed carrier gas flow, in particular Reduction gas stream can be introduced into the gas-solid separation device.
- the device according to the invention closes the gas-solid separation device as a communicating vessel, in particular directly, to the transport reduction reactor.
- the gas-solid separation device preferably without locks or similar devices, directly on the Transport reduction reactor, or at least partially in the transport reduction reactor arranged.
- the device according to the invention is after the gas-solid separation device a melt reactor for Melting and optionally Fertigredupressive, of, at least partially pre-reduced, metal oxides, arranged.
- the device according to the invention is for introducing the deposited in the gas-solid separation device Metal oxides in the melt reactor, a hydrogen flow pump, and / or a similar device, arranged.
- the device according to the invention is the melt reactor, a plasma torch and / or an electrode for generating a arranged electric arc.
- the transport reduction reactor directly, for example as with the Melting reactor communicating vessel, arranged after the melt reactor.
- the Transport reduction reactor in a manner at the melt reactor, in particular immediately thereafter arranged, which makes it possible, at least partial thermal, flow of the gas occurring in the melt reactor at least partially as a directed flow, preferably as a carrier gas flow, in the Continue transport reduction reactor.
- the transport reduction reactor is without Locks or similar devices are arranged directly on the melt reactor.
- the device according to the invention is on Melting reactor and / or at the transport reduction reactor a Hydrogen flow pump and / or a corresponding device arranged, the it makes it possible to control the gas flow rate in the transport reduction reactor.
- the process is divided into individual process steps disassembled. These run simultaneously in a single reaction vessel consisting of a meltdown part, a transport reduction reactor, and optionally integrated gas-solid separators, starting from.
- the reaction vessel is like this procure that in individual parts of the same defined process steps run continuously.
- Input materials to the plant for the production of steel are fine ore 1 and hydrogen.
- Starting materials are liquid steel, liquid slag and a gas mixture of H 2 and H 2 O).
- a number of heat exchangers 12, which are advantageous for Configuration of the heat balance of the described method are useful, and Compressor 13 attached.
- a strip casting plant 14 is preferred continuous processing of the liquid steel, a surge tank for draining the steel and / or slag from the meltdown 4, as well as a Fine ore jar 2 outlined.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur Metallerzeugung, vorzugsweise zur direkten Stahlerzeugung, aus feinkörnigem Metalloxid, insbesondere eisenhaltigem Feinerz, wobei das Metalloxid in einen Reduktionsreaktor eingebracht und in diesem Reduktionsreaktor durch ein überwiegend aus H2 gebildetes, vorzugsweise zumindest zu 90 Vol% H2-haltiges, Reduktionsgas zumindest teilweise reduziert wird, und nachfolgend in einem Schmelzreaktor, vorzugsweise zu Stahl, geschmolzen wird.The invention relates to a plant and a method for metal production, preferably for direct steelmaking, of fine-grained metal oxide, in particular iron-containing ore, wherein the metal oxide introduced into a reduction reactor and in this reduction reactor by a predominantly formed from H 2 , preferably at least 90% by volume H. 2 -containing, reducing gas is at least partially reduced, and subsequently in a melt reactor, preferably to steel, is melted.
Die Fachwelt versucht seit langem die Möglichkeiten und Vorteile der Wasserstoffmetallurgie zu nützen. Weiters ist im Stand der Technik bekannt, das am Rohstoffmarkt ausreichend vorhandene Feinerz als Ersatz von Stückerz in der Roheisen- bzw. Stahlerzeugung einzusetzen. Dem Fachmann sind im speziellen verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung von Roheisen und/oder Stahl aus Feinerz bekannt.The experts have been trying for a long time the possibilities and advantages of Hydrogen metallurgy to use. Furthermore, it is known in the art, the am Commodity market sufficiently available fine ore as replacement of lump ore in the To use pig iron or steel production. The specialist is in particular various methods and apparatus for producing pig iron and / or steel known from fine ore.
In der Patentveröffentlichung EP00106747A1 wird in diesem Zusammenhang ein Verfahren gelehrt, durch welches vorgewärmter Eisenerzstaub in einem im Gleichstrom geführten Gasgemisch, das überwiegend H2 enthält, reduziert wird. In der Praxis erweist sich das gelehrte Verfahren aufgrund des hohen Energieeinsatzes als unwirtschaftlich.In the patent publication EP00106747A1, a method is taught in this context by which preheated iron ore dust in a co-current gas mixture predominantly containing H 2 is reduced. In practice, the learned method proves to be uneconomical due to the high energy input.
Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Anlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9
weiter zu entwickeln, durch welche eine kostengünstige und ressourcenschonende
Erzeugung von Stahl aus Feinerz verwirklicht werden kann.It is therefore an object of the present invention, a method according to the
The preamble of
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden.It is a further object of the present invention to overcome the disadvantages of the prior art Technology to overcome.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach dem kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1, sowie durch eine Anlage nach dem kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 9 gelöst.This object is achieved by a method according to the characterizing
Part of
Die Verwendung eines Transportreduktionsreaktors zeichnet sich gegenüber dem Betrieb eines herkömmlichen Schachtofens, wie in EP00106747A1 gelehrt, vor allem dadurch aus, dass, beispielsweise durch die gleichmäßigere Verteilung der Einsatzstoffe in dem Reduktionsgas, eine energetisch und/oder kinetisch günstigerer Ablauf der Reduktion erreicht werden kann. Auf diese Weise werden wesentliche Energiekosten eingespart.The use of a transport reduction reactor is distinguished from the Operation of a conventional shaft furnace, as taught in EP00106747A1, especially characterized in that, for example, by the more uniform distribution of the starting materials in the reducing gas, an energetically and / or kinetically more favorable course of the Reduction can be achieved. In this way, you will have significant energy costs saved.
Der Betrieb eines Transportreduktionsreaktors ist nach verschiedenen Ausführungsformen vor allem dadurch gekennzeichnet, dass das feinkörnige Einsatzmaterial in den gerichteten Transportgasstrom des Transportreduktionsreaktors einbracht und durch diesen transportiert wird.The operation of a transport reduction reactor is different Embodiments especially characterized in that the fine-grained Feedstock in the directed transport gas stream of the transport reduction reactor is brought in and transported by this.
Ein Transportreduktionsreaktor stellt nach einer besonderen Ausführungsform einen Reaktor zur Reduktion von Metalloxid mit einem transportierenden Trägergas dar.A transport reduction reactor provides a particular embodiment Reactor for the reduction of metal oxide with a transporting carrier gas.
Als Trägergas kann nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren jedes geeignete Gas, insbesondere ein zumindest teilweise inertes Gas verwendet werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Trägergas ein zumindest teilweise reduzierenden Gas verwendet. Sollte beispielsweise die Zusammensetzung des Trägergases nicht für eine zumindest teilweise Reduktion des Metallerzes im Transportreduktionsreaktor ausreichen, ist für eine Zufuhr der ausreichenden Menge an reduzierendem Gas in den Transportreduktionsreaktor zu sorgen.As a carrier gas can according to a preferred embodiment of the invention Process any suitable gas, in particular an at least partially inert gas be used. According to a preferred embodiment of the invention is as Carrier gas used an at least partially reducing gas. For example the composition of the carrier gas not for at least partial reduction of the metal ore in the transport reduction reactor is sufficient for a supply of sufficient amount of reducing gas in the transport reduction reactor to to care.
Durch die Verwendung von Wasserstoff als, bevorzugt alleinigem, Reduktionsmittel wird der CO2-Ausstoß verringert bzw. im Idealfall gänzlich verhindert. Nach der Reduktion enthält das teilweise verbrauchte Reduktionsgas neben H2 ausschließlich H2O, wodurch sich die Abgasbehandlung gegenüber Anlagen, bei denen beispielsweise ein CO- und H2-haltiges Reduktionsgas zum Einsatz gelangt, wesentlich vereinfacht.By using hydrogen as, preferably sole, reducing agent, the CO 2 emission is reduced or, ideally, completely prevented. After reduction, the partially consumed reducing gas contains H 2 O in addition to H 2 , which significantly simplifies the treatment of exhaust gas compared to systems in which, for example, a CO and H 2 -containing reducing gas is used.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch seine besonders wirtschaftliche Betriebsweise aus, da als Einsatzstoffe Feinerz und als Reduktionsmittel Wasserstoff eingesetzt werden. Wasserstoff ist derzeit kostengünstig aus Erdgas oder Kohle zu erzeugen. In Zukunft wird eine wirtschaftliche Erzeugung des Wasserstoffes mittels Elektrolyse oder in Bioreaktoren gelingen.The inventive method is characterized by its particularly economical Operating mode, as feedstocks fine ore and as reducing agent hydrogen be used. Hydrogen is currently cheap from natural gas or coal too produce. In the future, an economic production of hydrogen by means of Electrolysis or succeed in bioreactors.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird zumindest ein Teil des Trägergases des Transportreduktionsreaktors, insbesondere des Reduktionsgases, im Bereich der Zufuhr des Metalloxides in den Transportreduktionsreaktor in einer, insbesondere zumindest teilweise aufwärts, gerichteten Strömung geführt, wobei mit dem, insbesondere durch das, Zusammentreffen des gerichteten Trägergasstromes mit dem zugeführten Metalloxid in dem Transportreduktionsreaktor, das Metalloxid in dem Transportreduktionsreaktor, vorzugsweise in den Trägergasstrom, fein verteilt wird.According to one embodiment of the invention, at least part of the carrier gas of the Transport reduction reactor, in particular of the reducing gas, in the region of the feed of the metal oxide in the transport reduction reactor in one, in particular at least partially directed upward, directed flow, with the, in particular by the, meeting of the directed carrier gas flow with the supplied Metal oxide in the transport reduction reactor, the metal oxide in the Transport reduction reactor, preferably in the carrier gas stream, is finely divided.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Metalloxidteilchen zumindest teilweise durch das Trägergas entgegen der Schwerkraft transportiert. Diese Form des Transportes führt zu einer besonders vorteilhaften Verteilung der Metalloxidteilchen, sowie zu einer besonders effizienten Reduktion derselben.According to a further embodiment of the method according to the invention are Metal oxide particles at least partially by the carrier gas against gravity transported. This form of transport leads to a particularly advantageous Distribution of the metal oxide particles, as well as a particularly efficient reduction the same.
Nachdem erfindungsgemäß nach einer bevorzugten Ausführungsform eine feine Verteilung des Metalloxids in dem Trägergasstrom, insbesondere dem Reduktionsgasstrom, vorgesehen ist, kann eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich schnellere und vollständigere Reduktion der feinen Metalloxide erreicht werden.According to the invention, according to a preferred embodiment, a fine Distribution of the metal oxide in the carrier gas stream, in particular the Reduction gas stream is provided, one over the prior art significantly faster and more complete reduction of the fine metal oxides can be achieved.
Die Einbringung des Metalloxides in den Transportreduktionsreaktor selbst kann auf verschiedene Arten erfolgen. Diesbezüglich sind Ausführungsformen mit, an oder in dem Transportreduktionsreaktor angeordneten, Injektoren und/oder Aufgabevorrichtungen möglich, die jeweils das Metalloxid in oder gegen die Strömungsrichtung des Trägergasstromes, insbesondere des Reduktionsgasstromes, in diesen einbringen.The introduction of the metal oxide in the transport reduction reactor itself can on different types take place. In this regard, embodiments are with, on or in the Transport reduction reactor arranged, injectors and / or feeding devices possible, in each case the metal oxide in or against the flow direction of the Carrier gas stream, in particular the reducing gas stream, bring in this.
Die Aufgabe des Metalloxides in den Trägergasstrom kann unter verschiedenen Winkeln erfolgen, beispielsweise unter 135° (225°) oder 120° (210°) entgegen der Strömungsrichtung (0° entspricht Strömungsrichtung).The role of the metal oxide in the carrier gas flow may be at different angles take place, for example, under 135 ° (225 °) or 120 ° (210 °) against the Flow direction (0 ° corresponds to flow direction).
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Reduktion in dem Transportreduktionsreaktor unterhalb einer Temperatur von 1000 °C, vorzugsweise bei einer Temperatur von 500 bis 900 °C, besonders bevorzugt von 700 bis 900 °C, durchgeführt.According to another preferred embodiment of the method according to the invention For example, the reduction in the transport reduction reactor is below a temperature of 1000 ° C, preferably at a temperature of 500 to 900 ° C, more preferably from 700 to 900 ° C, carried out.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das feinkörnige Metalloxid mit einem weiteren Trägergas in den Transportreduktionsreaktor eingeleitet, insbesondere unter Druck eingeblasen, wobei das weitere Trägergas vorzugsweise zumindest 50 Vol % H2, besonders bevorzugt zumindest 75 Vol% H2, insbesondere zumindest 90 Vol% H2, enthält.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, the fine-grained metal oxide is introduced with a further carrier gas into the transport reduction reactor, in particular injected under pressure, wherein the further carrier gas preferably at least 50 vol% H 2 , more preferably at least 75 vol% H 2 , in particular at least 90 Vol% H 2 , contains.
Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das, im wesentlichen feststoffförmige. Metalloxid durch den Transportreduktionsreaktor zu einer Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung, insbesondere einem Zyklon, transportiert, bevor das zumindest teilweise reduzierte Metalloxid in einem Schmelzreaktor, insbesondere zu flüssigem Stahl, geschmolzen wird.According to one embodiment of the method according to the invention, in the essential solid-shaped. Metal oxide through the transport reduction reactor to a Gas-solid separation device, in particular a cyclone, transported before the at least partially reduced metal oxide in a melt reactor, in particular to liquid steel, is melted.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist durch die feine Verteilung des Metalloxids im Trägergas, insbesondere im Reduktionsgas, des Transportreduktionsreaktors nachfolgend eine Abtrennung des Feststoffes in einer Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung vorgesehen. Nach der Abtrennung kann das zumindest teilweise reduzierte Metalloxid beispielsweise in einen Schmelzreaktor eingebracht und zu flüssigem Stahl verarbeitet werden.According to a preferred embodiment, the fine distribution of the metal oxide in the carrier gas, in particular in the reducing gas, the transport reduction reactor below a separation of the solid in a gas-solid separation device intended. After separation, the at least partially reduced metal oxide for example, introduced into a melt reactor and processed into liquid steel become.
Durch ein Verfahren dieser Art ist eine direkte Stahlerzeugung in besonders effizienter Form, insbesondere in nur einer Prozessstufe, verwirklichbar.By a method of this kind, direct steelmaking is particularly efficient Form, in particular in only one process stage, feasible.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in der Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung wiederum von Feststoffpartikeln zumindest teilweise gereinigte Reduktionsgas einer Gasaufbereitung unterzogen, wobei Verunreinigungen, insbesondere H2O, zumindest teilweise abgetrennt werden, und gegebenenfalls verbrauchtes H2 zumindest teilweise ersetzt wird.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, the reduction gas, which in turn is at least partially purified of solid particles in the gas-solid separation apparatus, is subjected to gas treatment, whereby impurities, in particular H 2 O, are at least partially separated, and possibly used H 2 is at least partially replaced ,
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein vollständiger Ersatz des verbrauchten H2 vorgesehen. Damit wird eine schädliche Anreicherung des Reduktionsgases an H2O in der Anlage vermieden.According to a particularly preferred embodiment of the method according to the invention a complete replacement of the spent H 2 is provided. This prevents harmful accumulation of the reducing gas in H 2 O in the system.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in der Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung abgetrennte, zumindest teilweise reduzierte, Metalloxid aus der Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung, insbesondere durch eine Wasserstoffströmungspumpe, abgesaugt.According to another preferred embodiment of the method according to the invention is the separated in the gas-solid separation device, at least partially reduced, metal oxide from the gas-solid separation device, in particular by a hydrogen flow pump, sucked off.
Bei einer Wasserstoffströmungspumpe handelt es sich definitionsgemäß um eine Pumpe zur Einbringung von Reduktionsgas und feinem Feststoff in ein Reaktionsgefäß, die nach einer bevorzugten Ausführungsform analog wie eine Wasserstrahlpumpe arbeitet. Im einfachsten Fall ist eine solche Wasserstoffströmungspumpe beispielsweise durch eine, von Wasserstoff durchströmte, Venturidüse realisierbar, bei der durch Ausnutzung des Druckunterschiedes infolge der unterschiedlichen Strömungsquerschnitte ein Pumpeffekt erzeugt und in einfacher Weise der feine Feststoff, beispielsweise das feinteilchenförmige Metalloxid, angesaugt und in das entsprechende Gefäß und/oder in den entsprechenden Reaktor eingebracht werden kann.A hydrogen flow pump is by definition one Pump for introducing reducing gas and fine solid into a reaction vessel, in a preferred embodiment analogous to a water jet pump is working. In the simplest case, such a hydrogen flow pump, for example by a, flowed through by hydrogen, venturi realized in the by Exploitation of the pressure difference due to the different Flow cross sections creates a pumping effect and in a simple way the fine Solids, for example, the finely particulate metal oxide, sucked and in the appropriate vessel and / or introduced into the corresponding reactor can.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zumindest teilweise reduzierte Metalloxid in einen Schmelzreaktor eingeleitet, und unter Einwirkung eines Plasmabrenners und/oder eines elektrischen Lichtbogens aufgeschmolzen.According to another preferred embodiment of the method according to the invention the at least partially reduced metal oxide is introduced into a melt reactor, and under the action of a plasma torch and / or an electric arc melted.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dem Schmelzreaktor ein H2-haltiges Gas zugeführt, das im Schmelzreaktor gegebenenfalls zumindest teilweise ionisiert und gegebenenfalls nachfolgend als Reduktionsgas in den Transportreduktionsreaktor eingeleitet wird.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, an H 2 -containing gas is fed to the melt reactor, which is optionally at least partially ionized in the melt reactor and optionally subsequently introduced as reducing gas into the transport reduction reactor.
Dabei wird beispielsweise durch Ionisation des H2-Gases ein heißes Plasma zum Aufschmelzen der feinkörnigen Metalloxide erzeugt.In this case, for example, by ionization of the H 2 gas, a hot plasma is generated for melting the fine-grained metal oxides.
Nach einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden, durch eine Verwendung des, vorzugsweise heißen, H2-haltigen Abgases des Schmelzreaktors als Transportgas und Trägergas des Transportreduktionsreaktor, Energie und Kosten gespart.According to a particular embodiment of the present invention, energy and costs are saved by using the, preferably hot, H 2 -containing exhaust gas of the melt reactor as transport gas and carrier gas of the transport reduction reactor.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in den Schmelzreaktor weniger als 50 Vol%, insbesondere weniger als 10 Vol%, des, in der Reduktionskammer eingesetzten, Träger- und/oder Reduktionsgases eingebracht, und beispielsweise aus dem Schmelzreaktor in den Transportreduktionsreaktor, vorzugsweise als Trägergas und/oder Reduktionsgas übergeführt.According to another preferred embodiment of the method according to the invention is in the melt reactor less than 50% by volume, in particular less than 10% by volume, the, used in the reduction chamber, carrier and / or reducing gas introduced, and for example from the melt reactor in the Transport reduction reactor, preferably as a carrier gas and / or reducing gas converted.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Menge des Metalloxides, welches in den Transportreduktionsreaktor eingebracht wird, und/oder die Strömung und/oder Menge des Träger- und/oder Reduktionsgases in dem Transportreduktionsreaktor selbst durch eine Wasserstoffströmungspumpe, und/oder eine entsprechende aus dem Stand der Technik bekannte Einrichtung, geregelt.According to another preferred embodiment of the method according to the invention is the amount of metal oxide which enters the transport reduction reactor is introduced, and / or the flow and / or amount of the carrier and / or Reduction gas in the transport reduction reactor itself by a Hydrogen flow pump, and / or a corresponding one of the prior art known device, regulated.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der flüssige Stahl kontinuierlich, beispielsweise über eine induktive Pumpe und ein Siphon, aus dem Schmelzreaktor ausgebracht.According to another preferred embodiment of the method according to the invention The liquid steel is continuously, for example, via an inductive pump and a Siphon, discharged from the smelting reactor.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schlacke chargenweise aus dem Schmelzreaktor ausgebracht.According to another preferred embodiment of the method according to the invention the slag is discharged in batches from the melt reactor.
Die Erfindung ist weiters durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9 gekennzeichnet.The invention is further characterized by a device according to
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Trägergaszufuhr und/oder der Transportreduktionsreaktor derart ausgeführt, dass in der Reduktionskammer im Bereich der Zufuhr des Metalloxides ein gerichteter Trägergasstrom einstellbar ist, und ist weiters die Feststoffzufuhr der Reduktionskammer derart ausgeführt, dass das Metalloxid zumindest teilweise durch Einleiten, insbesondere Einblasen, in den zumindest teilweise gerichteten Trägergasstrom des Transportreduktionsreaktors fein verteilbar ist. Nach einer Ausführungsform erfolgt dabei mit dem, insbesondere durch das, Zusammentreffen des Metalloxides mit der im Transportreduktionsreaktor herrschenden Trägergasströmung eine feine Verteilung des Metalloxides in dem Trägergas.According to a preferred embodiment of the device according to the invention is Carrier gas supply and / or the transport reduction reactor designed such that in the Reduction chamber in the area of the feed of the metal oxide a directed Carrier gas flow is adjustable, and is further the solids supply of the reduction chamber carried out such that the metal oxide is at least partially initiated by introducing In particular blowing, in the at least partially directed carrier gas stream of the Transport reduction reactor is finely distributed. In one embodiment, this takes place with, in particular by, the coincidence of the metal oxide with the im Transport reduction reactor prevailing carrier gas flow a fine distribution of Metal oxides in the carrier gas.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Transportreduktionsreaktor eine Öffnung auf, über die das Reduktionsgas gemeinsam mit dem zumindest teilweise reduzierten, im wesentlichen feststoffförmigen, Metalloxid aus dem Transportreduktionsreaktor ableitbar ist.According to a further preferred embodiment of the device according to the invention the transport reduction reactor has an opening through which the reducing gas together with the at least partially reduced, substantially solids-shaped, Metal oxide from the transport reduction reactor is derivable.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Feststoffzuführung in einer Weise ausgeführt, die es ermöglicht, das, im wesentlichen feststoffförmigen, Metalloxid, vorzugsweise regelbar, durch ein weiteres Trägergas, das zumindest zu 50 Vol %, vorzugsweise zumindest zu 90 Vol %, aus, gegebenenfalls heißem, H2 besteht, in den Transportreduktionsreaktor einzubringen.According to a further preferred embodiment of the apparatus according to the invention, the solid feed is carried out in a manner which makes it possible to adjust the substantially solid-shaped metal oxide, preferably controllably, by a further carrier gas which is at least 50% by volume, preferably at least 90% by volume. from, optionally hot, H 2 consists, to introduce into the transport reduction reactor.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Reduktionsgas gemeinsam mit dem zumindest teilweise reduzierten, im wesentlichen feststoffförmigen, Metalloxid aus dem Transportreduktionsreaktor in eine Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung einleitbar, die eine Auskleidung aufweist, die gegenüber einem heißen Reduktionsgas, das zu mehr als 50 Vol%, insbesondere zu mehr als 90 Vol %, aus Wasserstoffgas besteht, beständig ist.According to a further preferred embodiment of the device according to the invention is the reducing gas together with the at least partially reduced, im essential solid-shaped, metal oxide from the transport reduction reactor in a Gas-solid separation device can be introduced, which has a lining, the compared to a hot reducing gas, the more than 50% by volume, in particular to more than 90% by volume, composed of hydrogen gas, is stable.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung derart angeordnet und/oder ausgebildet, dass das feinkörnige Metalloxid zumindest teilweise durch den, in dem Transportreduktionsreaktor herrschenden, gerichteten Trägergasstrom, insbesondere Reduktionsgasstrom, in die Gas-Feststoff-Trennvorrichtung eingebracht werden kann.According to a further preferred embodiment of the device according to the invention the gas-solid separation device is arranged and / or formed such that the fine-grained metal oxide at least partially by the, in the Transport reduction reactor prevailing, directed carrier gas flow, in particular Reduction gas stream can be introduced into the gas-solid separation device.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung schließt die Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung als kommunizierendes Gefäß, insbesondere unmittelbar, an den Transportreduktionsreaktor an.According to a further preferred embodiment of the device according to the invention closes the gas-solid separation device as a communicating vessel, in particular directly, to the transport reduction reactor.
Nach einer besonderen Ausführungsform ist die Gas-Feststoff-Trennvorrichtung, vorzugsweise ohne Schleusen oder ähnliche Vorrichtungen, unmittelbar an dem Transportreduktionsreaktor, oder zumindest teilweise in dem Transportreduktionsreaktor angeordnet.According to a particular embodiment, the gas-solid separation device, preferably without locks or similar devices, directly on the Transport reduction reactor, or at least partially in the transport reduction reactor arranged.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nach der Gas-Feststoff-Abtrennungvorrichtung ein Schmelzreaktor zum Aufschmelzen und gegebenenfalls Fertigreduzieren, des, zumindest teilweise vorreduzierten, Metalloxides, angeordnet.According to a further preferred embodiment of the device according to the invention is after the gas-solid separation device a melt reactor for Melting and optionally Fertigreduzieren, of, at least partially pre-reduced, metal oxides, arranged.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zur Einbringung des in der Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung abgeschiedenen Metalloxides in den Schmelzreaktor eine Wasserstoffströmungspumpe, und/oder eine ähnliche Einrichtung, angeordnet.According to a further preferred embodiment of the device according to the invention is for introducing the deposited in the gas-solid separation device Metal oxides in the melt reactor, a hydrogen flow pump, and / or a similar device, arranged.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist am Schmelzreaktor ein Plasmabrenner und/oder eine Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Lichtbogens angeordnet.According to a further preferred embodiment of the device according to the invention is the melt reactor, a plasma torch and / or an electrode for generating a arranged electric arc.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Transportreduktionsreaktor unmittelbar, beispielsweise als mit dem Schmelzreaktor kommunizierendes Gefäß, nach dem Schmelzreaktor angeordnet. According to a further preferred embodiment of the device according to the invention is the transport reduction reactor directly, for example as with the Melting reactor communicating vessel, arranged after the melt reactor.
Nach einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Transportreduktionsreaktor in einer Weise an dem Schmelzreaktor, insbesondere unmittelbar anschließend, angeordnet, die es ermöglicht, die, vorzugsweise zumindest teilweise thermische, Strömung des im Schmelzreaktor auftretenden Gases zumindest teilweise als gerichtete Strömung, vorzugsweise als Trägergasströmung, in dem Transportreduktionsreaktor fortzuführen.According to a further embodiment of the device according to the invention is the Transport reduction reactor in a manner at the melt reactor, in particular immediately thereafter arranged, which makes it possible, at least partial thermal, flow of the gas occurring in the melt reactor at least partially as a directed flow, preferably as a carrier gas flow, in the Continue transport reduction reactor.
Nach einer besonderen Ausführungsform ist der Transportreduktionsreaktor ohne Schleusen oder ähnliche Vorrichtungen unmittelbar an dem Schmelzreaktor angeordnet.In a particular embodiment, the transport reduction reactor is without Locks or similar devices are arranged directly on the melt reactor.
Nach einer zusätzlichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist am Schmelzreaktor und/oder an dem Transportreduktionsreaktor eine Wasserstoffströmungspumpe und/oder eine entsprechende Einrichtung angeordnet, die es ermöglicht, die Gasströmungsmenge in dem Transportreduktionsreaktor zu regeln.According to an additional embodiment of the device according to the invention is on Melting reactor and / or at the transport reduction reactor a Hydrogen flow pump and / or a corresponding device arranged, the it makes it possible to control the gas flow rate in the transport reduction reactor.
Nach einer zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung herrscht im Bereich der Gas-Feststoff-Trennvorrichtung ein niedrigerer Druck als im Bereich des Schmelzreaktors. Somit ist der Gasfluß durch den Transportreduktionsreaktor gewährleistet.According to an additional embodiment of the invention prevails in the region of the gas-solid separation device a lower pressure than in the area of the melt reactor. Thus, the gas flow is ensured by the transport reduction reactor.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren, sowie die erfindungsgemäße
Vorrichtung schematisch anhand einer nicht einschränkender Zeichnung näher erläutert.
Nachstehend wird ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren beschrieben, mit dem Feinerz, mit einer für Pelletanlagen üblichen Korngrößenverteilung (< 50 µm) in einer Verfahrensstufe und mit Wasserstoff als Reduktionsmittel in flüssigen Stahl umgewandelt werden kann.Hereinafter, a continuous process will be described with which Fine ore, with a typical grain size distribution (<50 μm) for pellet plants in one Process stage and with hydrogen as a reducing agent in liquid steel can be converted.
Zur Vereinfachung der Beschreibung wird das Verfahren in einzelne Verfahrensschritte zerlegt. Diese laufen gleichzeitig in einem einzigen Reaktionsgefäß, bestehend aus einem Einschmelzteil, einem Transportreduktionsreaktor, und gegebenenfalls integrierten Gas-Feststoff-Trennvorrichtungen, ab. Das Reaktionsgefäß ist so beschaffen, dass in einzelnen Teilen desselben definierte Verfahrensschritte kontinuierlich ablaufen. To simplify the description, the process is divided into individual process steps disassembled. These run simultaneously in a single reaction vessel consisting of a meltdown part, a transport reduction reactor, and optionally integrated gas-solid separators, starting from. The reaction vessel is like this procure that in individual parts of the same defined process steps run continuously.
Eingangsstoffe in die Anlage zur Erzeugung von Stahl sind Feinerz 1 und Wasserstoff.
Ausgangsstoffe sind flüssiger Stahl, flüssige Schlacke sowie ein Gasgemisch von H2
und H2O).Input materials to the plant for the production of steel are
Verfahrensschritte:
Weiters sind eine Anzahl von Wärmetauschern 12, die für eine vorteilhafte
Ausgestaltung des Wärmehaushaltes des beschriebenen Verfahrens nützlich sind, und
Verdichter 13 angebracht. Weiters ist eine Bandgießanlage 14 zur vorzugsweise
kontinuierlichen Verarbeitung des flüssigen Stahles, ein Ausgleichsgefäß zum Ableiten
des Stahles und/oder der Schlacke aus dem Einschmelzteil 4, sowie ein
Feinerzaufgabegefäß 2 skizziert.Furthermore, a number of
Vorteile des Verfahrens:
- Direkte Stahlerzeugung in nur einer Prozessstufe und damit geringe Investitions- und Umwandlungskosten.
- Billige Einsatzstoffe: Feinerz (Pelletfeed) und als Reduktionsmittel Wasserstoff, der derzeit kostengünstig aus Erdgas oder Kohle und künftig eventuell mittels Elektrolyse oder Bioreaktoren erzeugt werden kann.
- Umweltfreundlich durch Verringerung des CO2 Ausstoßes - Nebenprodukte sind lediglich Schlacke und Wasser
- Prozessgasrezyklierung und optimale Energienutzung - Kürzeste Produktionszeit
- Direct steel production in just one process stage and thus low investment and conversion costs.
- Cheap feedstocks: fine ore (pelletfeed) and as reducing agent hydrogen, which can currently be produced inexpensively from natural gas or coal and in the future possibly by means of electrolysis or bioreactors.
- Environmentally friendly by reducing CO 2 emissions - by-products are just slag and water
- Process gas recycling and optimal energy utilization - shortest production time
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