AT407161B - Verfahren zur herstellung von flüssigem roheisen - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von   flussigem   Roheisen und/oder   Stahlvorprodukten   aus eisenhaltigem Material, wie teil- und/oder fertigreduziertem Eisenschwamm, 
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   kohlenstoffhaltigem   Material und sauerstoffhältigem Gas unter gleichzeitiger Bildung eines Reduk- tionsgases das eisenhaltige Material in einem aus festen Kohlenstoffträgern gebildeten Festbett eingeschmolzen wird, gegebenenfalls nach vorheriger   Fertigreduktion.   



   Bei der Herstellung von   flussigem   Roheisen nach einem oben genannten Verfahren werden überwiegend eisenhaltiges und kohlenstoffhaltiges Material in stückiger Form mit Korngrössen bis etwa 30 mm eingesetzt Material mit geringeren Korngrössen als 5-8 mm ist für ein solches Verfahren nur bedingt einsetzbar (beispielsweise über Staubbrenner im Fall von staubförmiger bzw kleinkörniger Kohle, sogenannten   "Kohlefines"),   bzw muss durch aufwendige Aufbereitungs- massnahmen erst für den Einschmelzvergasungsprozess stückig gemacht werden 
Aufgrund der Entwicklung am Kohlemarkt, welcher weitgehend durch die Anforderungen der Kohlekraftwerksbetreiber bestimmt wird, kann es vorkommen, dass bevorzugt Feinkohle für die heute üblichen Kohlenstaubbrenner angeboten wird.

   Früher übliche Rostfeuerungen, welche den Einsatz stückiger Kohle erforderten, spielen am Markt der Kohleverbraucher nur mehr eine unter- geordnete Rolle. Dies hat dazu geführt, dass der Feihanteil der am Markt verfügbaren Kohlen einen erheblichen Umfang angenommen hat, welcher in einer Grössenordnung von 50 bis zu 70 % liegt 
Auch Eisenerz, aus dem das eisenhaltige Einsatzmatenal, beispielsweise Eisenschwamm, für den Einschmelzvergaser durch Reduktion hergestellt wird, ist zunehmend weniger in den für den Gesamtprozess erforderlichen Komgrössen erhältlich. 



   Darüber hinaus fallen bei der Reduktion des Eisenerzes, beim Einschmelzvergasungsprozess selbst, sowie bei einer nachgeschalteten Stahlherstellung und darauffolgenden Weiterverarbei- tungsprozessen grosse Mengen an Stauben bzw Hüttenstäuben an, die bisher nur uber Staub- brenner in den Einschmelzvergaser oder nach einer Agglomeration (Brikettieren, Pelletieren, 
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 können Eisen in metallischer und/oder oxidischer Form und Kohlestaub enthalten. 



   Ein Verfahren zum Verwerten von Eisen in oxidischer und/oder Eisen in metallischer Form enthaltenden, sowie kohlenstoffhaltiger Abfall- und Reststoffe ist aus der AT-376 241 B bekannt Hierbei werden Feststoffpartikel aus dem Reduktionsgas sowie aus dem aus einem Reduktions- aggregat austretenden Topgas in Zyklonen abgeschieden und die abgeschiedenen Feststoffe mit Bindemitteln, wie Eisenoxidstaub, versetzt, brikettiert und anschliessend der   Einschmelzver-   gasungszone zugeführt, wobei der   Eisenoxidstaub   aus einer Gichtgasreinigungsanlage stammt, so dass die in der Gichtgasreinigungsanlage anfallenden Feststoffe ebenfalls verwertet werden können 
Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, dass eine Rückführung der Reststoffe nur nach vorheriger Agglomeration (hier eine Brikettierung)

   gelingt Die bei der Errichtung und insbesondere beim Betrieb einer Brikettiereinrichtung entstehenden Kosten schmälern die Wirtschaftlichkeit des Gesamtverfahrens. 



   Aus der EP-A-0 623 684 A2 ist es bekannt, Abfall- und Reststoffe mit Kohlestaub und Eisen in metallischer und oxidischer Form nach ihrer chemischen Zusammensetzung in drei Gruppen getrennt zu sammeln, und zwar soll die erste Gruppe hauptsächlich Eisen in oxidischer Form enthalten, die zweite Gruppe hauptsächlich Eisen in metallischer Form und die dritte Gruppe hauptsächlich kohlenstoffhaltige Stoffe Die Verwertung erfolgt, indem die Stoffe der ersten Gruppe in das Reduktionsaggregat und die der zweiten und dritten Gruppe zugehörenden Stoffe direkt in den Einschmelzvergaser eingesetzt werden 
Auch bei diesem Verfahren müssen die Reststoffe vor deren Wiederverwertung granuliert bzw brikettiert werden und dies noch dazu mehrfach und voneinander getrennt, weil die Reststoffe je nach ihrer Zusammensetzung in jeweils unterschiedliche Verfahren recycliert werden. 



   Aufgrund der zunehmend schlechteren Verfügbarkeit von stückiger Kohle ist es wünschens- wert, zumindest einen Teif der Kohle durch andere feste Kohlenstoffträger zu substituieren Dafür wurden sich zwar einerseits Kunststoffe anbieten, die wegen gesetzlicher Bestimmungen ohnehin zum Teil thermisch verwertet werden müssen, andererseits sind auch Kunststoffe nicht ohne vorheriges Aufbereiten, insbesondere Brikettieren, für den Einsatz in einem Einschmelzvergaser geeignet 

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Die gegenständliche Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, Feinstoffe, also Kohle- und Erzfines, Kunststoffe und sonstige Hüttenstäube, in einem Verfahren zur Herstellung von Roheisen einzusetzen, ohne dass eine vorherige Agglomeration der Feinstoffe erforderlich ist. 



   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass von feinteilchenförmigen Kohlen- stoffträgem, gegebenenfalls zusammen mit feinteilchenförmigen Hüttenwerksreststoffen und/oder Feinerz und/oder feinteilchenförmigen Kunststoffen und/oder Additiven, gebildete Feinstoffe ver- dichtet, durch die beim Verdichten entstehende Reibungs- und Kompressionswärme zumindest teilweise plastifiziert und das plastifizierte Material in den Einschmelzvergaser extrudiert wird 
Durch die erfindungsgemässen Massnahmen des Verdichtens und Extrudierens (wobei das Extrudieren selbst das Verdichten bewirkt) der Feinstoffe ist es nicht mehr erforderlich, die Fein- stoffe vor dem Einbringen in den Einschmelzvergaser stückig zu machen. 



   Durch Ausnutzung der Reibungs- und Kompressionswärme werden die in den Feinstoffen enthaltenen Kohlefines derart verdichtet und in einen plastischen Zustand überführt, dass die gesamten Feinstoffe in einem kontinuierlichen Strang ausforderbar sind. Der kontinuierlich in den Einschmelzvergaser geförderte Strang reisst in für den Prozess erforderlichen Längen ab 
Nach einem Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens werden für die Extrusion in den Einschmelzvergaser vorgesehene Ausgangsmatenalien zur Herstellung von Feinstoffen zerkleinert und/oder vermahlen. 



   Während ein Teil der zu extrudierenden Ausgangsmaterialien bereits in einer fur die Extrusion geeigneten Korngrösse vorliegt (insbesondere abgeschiedener Staub aus Gasreinigungsein- nchtungen), muss ein anderer Teil der Ausgangsmaterialien (insbesondere Kunststoffe, Feinkohle und Feinerz mit Komgrössen bis 10 mm) erst zerkleinert und/oder vermahlen werden, um insge- samt im bzw. mit dem plastifizierbaren Material eine homogene Mischung bilden zu können. 



   Gemäss einem weiteren Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens werden für die Extrusion in den Einschmelzvergaser vorgesehene Feinstoffe mit einem Bindemittel, beispielsweise Teer und/oder Bitumen, versetzt und anschliessend vermischt 
Obwohl das erfindungsgemässe Verfahren vorzugsweise ohne den Einsatz eines Bindemittels durchgeführt wird und in der Regel (bei ausreichend grossem Gehalt der Feinstoffe an thermo- p'astischen Kunststoffen und/oder teerhältigen Kohlen) auch ohne ein solches auskommt, wird bei geringem Gehalt der Feinstoffe an plastifizierbaren Komponenten ein Bindemittel zugesetzt, wobei sich Teer bzw Bitumen als besonders geeignet erwiesen haben Auch andere aus dem Stand der Technik bekannte Bindemittel, beispielsweise Kalk oder Melasse können verwendet werden. 



   Gemäss einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Feinstoffe während des Extrudierens - zusätzlich zu der dabei ohnehin entstehenden Wärme - erhitzt Dies kann einerseits durch aus dem Einschmelzvergaser entnommene Energie beispielsweise durch Wärmeaustausch, erfolgen Da die Extrusion in den Einschmelzvergaser und daher räumlich auch nahe dem Einschmelzvergaser erfolgt, ist diese Variante baulich besonders einfach zu realisieren 
Alternativ oder zusätzlich zur Erwärmung der Feinstoffe durch Wärmezufuhr aus dem Ein- schmelzvergaser wird die Energie für die Erwärmung der Feinstoffe aus einer Teilverbrennung des im Einschmelzvergaser gebildeten Reduktionsgases gewonnen 
Da beim Einschmelzen des eisenhaltigen Materials im Kohlefestbett ohnehin mehr Reduktions- gas gebildet wird,

   als fur die Reduktion von Eisenerz zu dem eisenhaltigen Material erforderlich ist, kann Reduktionsgas in vorteilhafter Weise als Energielieferant für die Erwärmung der Feinstoffe während des Extrudierens verwendet werden. 



   Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Herstellung von flüssigem Roheisen und/oder Stahlvorprodukten aus stückigem eisenhaltigem Material, wie teil- und/oder fertigreduzier- tem Eisenschwamm, mit einem Einschmelzvergaser mit einer Zuleitung für stückige Kohle, einer Zuleitung für das eisenhaltige Material, einer Reduktionsgasleitung zum Abziehen des gebildeten Reduktionsgases, Zuleitungen für sauerstoffhältiges Gas, sowie mit einem Eisenschmelzen- und Schlackenabstich. 



   Zur Lösung der erfindungsgemäss gestellten Aufgabe ist die Vorrichtung dadurch gekenn- zeichnet, dass der Einschmelzvergaser mit zumindest einem Mittel zum Verdichten von Feinstoffen und zum kontinuierlichen Fördern von verdichteten, zumindest teilweise plastifizierten Feinstoffen in den Einschmelzvergaser, versehen ist. 



   Gemäss einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist das Mittel zum Verdichten und kontinuier- 

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 lichen Fördern als Extruder ausgebildet, wobei der Extruder in an sich bekannter Weise zumindest von einer Aufnahmeeinrichtung für Feinstoffe, einer Extruderschnecke, sowie einer - einen Förder- kanal bildenden - Ummantelung der Extruderschnecke gebildet wird, und wobei der Förderkanal in den   Einschmelzvergaser   mündet 
Schneckenextruder haben sich zum Einpressen von Feinstauben in den Einschmelzvergaser als besonders geeignet erwiesen Andere Mittel zum Verdichten und kontinuierlichen Fordern, beispielsweise Kolbenextruder, sind zwar ebenfalls einsetzbar,

   wegen der bei gleicher aufgewen- deter mechanischer Energie gegenüber Schneckenextrudem geringeren Verdichtungsleistung und damit geringeren Erwärmung und Plastifizierung der Feinstoffe ist bei Kolbenextrudern auf jeden Fall eine zusätzliche Beheizung vorzusehen. 



   Gemäss eines Merkmals der erfindungsgemässen Vorrichtung weist der Förderkanal einen sich in Förderrichtung verjüngenden Querschnitt auf 
Durch den sich verjüngenden Forderquerschnitt ist eine optimale Verdichtung und damit eine optimale Erwärmung und Plastifizierung der Feinstoffe sichergestellt 
Nach einem weiteren Merkmal der erfindungsgemässen Vorrichtung ist die Aufnahmeeinnch- tung für Feinstoffe leitungsmässig mit einer Misch- und Homogenisierungseinrichtung verbunden 
Verschiedene plastifizierbare Feinstoffe, wie teerhaltige Kohle oder thermoplastische Kunst- stoffe, müssen mit anderen, nicht plastifizierbaren, wie Koksstaub oder Erzfines, vermischt werden, um insgesamt eine plastifizierbare, für die Extrusion geeignete Mischung zu erhalten Die Misch- und Homogenisierungseinrichtung kann dazu beispielsweise als Schnecken-,

   Schaufel- oder Fliess- bettmischer ausgelegt sein. 



   Nach einer Ausfuhrungsform ist die Misch- und Homogenisierungseinrichtung mit einer Leitung für die Zugabe eines Bindemittels verbunden 
Da plastifizierbare Feinstoffe nicht über die Zeit hinweg in konstanten Mengen anfallen, kann es erforderlich sein, den Feinstoffen ein Bindemittel zuzusetzen, um eine ausreichende Festigkeit   des in den Einschmelzvergaser geförderten Stranges zu erzielen.

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Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der erfindungsgemässen Vorrichtung ist der Misch- 
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Gemäss einer bevorzugten Ausgestaltungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist   zumin-   dest ein Längenabschnitt des Förderkanals beheizbar ausgeführt Dazu sind beispielsweise in bekannter Weise in der Ummantelung des Forderkanals Heizschlangen geführt, durch welche ein Heizmedium gefördert wird 
Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung werden nachfolgend anhand des in den Zeichnungen Fig 1 und Fig 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert 
Einem in Fig 1 dargestellten Einschmelzvergaser 1 wird von oben über Zuleitungen 2,3 stückiges kohlenstoffhaltiges Material, insbesondere stückige Kohle, und stuckiges eisenhältiges Material, insbesondere Eisenschwamm,

   aufgegeben Dem Einschmelzvergaser 1 wird weiters über Gasleitungen 4 sauerstoffhältiges Gas zugeführt In der Einschmelzvergasungszone 5 des Ein- schmelzvergasers 1 wird der Eisenschwamm unter gleichzeitiger Vergasung des kohlenstoff- haltigen Materials aufgeschmolzen Unter der Einschmelzvergasungszone 5 sammeln sich schmelzflüssige Schlacke 6 und   schmelzflussiges   Roheisen 7, die uber einen Abstich 8 abge- stochen werden Aus dem kohlenstoffhaltigen Material und dem sauerstoffhältigen Gas wird beim Erschmelzen des Eisenschwamms ein CO- und   Hrhältiges   Reduktionsgas gebildet, welches über eine Reduktionsgasleitung 9 aus dem Einschmelzvergaser 1 abgezogen wird 
In einer   Zerkleinerungs-   und Mahlvornchtung 10 werden Ausgangsmaterialien 11, die in weiterer Folge gegebenenfalls mit einem Bindemittel versetzt,

   vermischt und in den Einschmelzver- gaser extrudiert werden sollen, auf eine für die nachfolgenden Prozessschritte geeignete Teilchen- grösse zerkleinert. Die Zerkleinerungs- und Mahlvorrichtung 10 kann je nach Ausgangsmaterial 11 als Schneidemühle, Kugelmühle oder Walzenbrecher ausgeführt sein.

   Bei mehreren verschie- denen zu zerkleinernden Ausgangsmaterialien 11können auch mehrere, jeweils für eine Art von Ausgangsmaterial 11 geeignete, Zerkleinerungs- und   Mahlvorrichtungen   10 vorgesehen sein 
Die in der bzw den Zerkleinerungs- und Mahlvorrichtung(en) 10 hergestellten Feinstoffe 12 werden in einer Misch- und Homogenisierungseinrichtung 13, beispielsweise einem Schnecken- oder Schaufelmischer, innig vermischt Ober eine Leitung 14 ist der Misch- und Homogenisierungs- 

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 einrichtung 13 ein Bindemittel zufuhrbar, um - fur den Fall nicht ausreichend plastifizierbarer Komponenten   tn   den Ausgangsmaterialien 11 - dennoch eine genügend grosse thermische Stabili- tät des in den Einschmelzvergaser 1 geförderten Stranges zu gewährleisten. 



   Die in der Misch- und Homogenisierungseinrichtung 13 vermischten und gegebenenfalls mit einem Bindemittel versetzten Feinstoffe werden mittels zumindest eines Extruders 15 als konti- nuierlicher Strang 16 in den Einschmelzvergaser 1 gefördert. 



   Die Erfindung ist natürlich nicht darauf beschränkt, die Feinstoffe durch nur einen Extruder 15 in den Einschmelzvergaser 1 zu fördern. Es konnen auch mehrere, beispielsweise vier sternformig angeordnete Extruder den Mantel des Einschmelzvergasers 1 durchsetzen 
Fig 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäss einsetzbaren Extruders 15. Ein solcher Extruder 15 wird von einer drehbaren Extruderschnecke 17, einer - einen Förder- kanal 18 bildenden - Ummantelung 19 der Extruderschnecke 17, sowie einer Aufnahmeeinrichtung 20 für Feinstoffe gebildet. Solche Extruder sind hinlänglich aus anderen Gebieten der Technik, beispielsweise der Kunststoffverarbeitung, bekannt 
Die Aufnahmeeinrichtung 20 für Feinstoffe ist leitungsmässig mit der Misch- und Homogenisie-   rungseinrichtung   13 verbunden. 



   Der Förderkanal 18 weist in Förderrichtung, also in Richtung des Inneren des Einschmelzver- gasers 1, einen sich verjüngenden Querschnitt auf. Dadurch werden die geforderten Feinstoffe verdichtet und durch die dabei entstehende Reibungs- und Kompressionswärme plastifiziert 
Die Querschnittsverringerung des Förderkanals 18 kann, wie in Fig.

   2, durch eine stetige Abnahme des Durchmessers des Förderkanals 18 - bei gleichbleibendem Durchmesser der Welle der Extruderschnecke 17 - bewerkstelligt sein, oder - bei gleichbleibendem Durchmesser des For- derkanals 18 - durch eine stetige Zunahme des Durchmessers der Welle der Extruderschnecke 17 
Ein Längenabschnitt des Förderkanals 18 ist mittels in der Ummantelung 19 gefuhrter Heizschlangen 21 beheizbar In den Heizschlangen 21 ist ein Heizmedium, beispielsweise Stick- stoff, welches beispielsweise durch Wärmeaustausch mit aus dem Einschmeizvergaser 1 abgezo- genem Reduktionsgas oder durch Wärmeaustausch mit den aus einer Teilverbrennung des Reduktionsgas hervorgehenden Verbrennungsprodukten des Reduktionsgases erhitzt wird. 



   Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das in den Zeichnungen Fig 1 und Fig 2 dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern umfasst auch alle dem Fachmann bekannten Mittel, die zur Aus- führung der Erfindung herangezogen werden können.

Claims (1)

1. So ist es beispielsweise dann, wenn ausschliesslich Kohlefines verdichtet und in den Einschmelzvergaser 1 extrudiert werden sollen, nicht unbedingt erforderlich, diese zuvor zu vermahlen, mit einem Bindemittel zu versetzen, zu vermischen und erst dann dem Extruder zuzu- führen Kohlefines alleine können, sofern sie ausreichend plastifizierbar sind, unmittelbar dem Extruder zugeführt werden PATENTANSPRÜCHE: 1.

   Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen und/oder Stahlvorprodukten aus eisenhältigem Material, wie teil- und/oder fertigreduziertem Eisenschwamm, in einer Einschmelzvergasungszone eines Einschmelzvergasers, in dem unter Zufuhrung von kohlenstoffhaltigem Material und sauerstoffhältigem Gas unter gleichzeitiger Bildung eines Reduktionsgases das eisenhaltige Material in einem aus festen Kohlenstoffträgern gebildeten Festbett eingeschmolzen wird, gegebenenfalls nach vorheriger Fertigreduktion, dadurch gekennzeichnet, dass von feinteilchenförmigen Kohlenstoffträgern, gegebenen- falls zusammen mit feinteilchenformigen Hüttenwerksreststoffen und/oder Feinerz und/oder feinteilchenförmigen Kunststoffen und/oder Additiven, gebildete Feinstoffe verdichtet,

   durch die beim Verdichten entstehende Reibungs- und Kompressionswärme zumindest teilweise plastifiziert und das plastifizierte Material in den Einschmelzvergaser extrudiert wird 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass fur die Extrusion in den Einschmelzvergaser vorgesehene Ausgangsmaterialien zur Herstellung von Feinstoffen zerkleinert und/oder vermahlen werden. <Desc/Clms Page number 5>

   3 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass den für die Extrusion in den Einschmelzvergaser vorgesehenen Feinstoffen ein Bindemittel, beispiels- weise Teer und/oder Bitumen, zugesetzt und diese anschliessend vermischt werden 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinstoffe während des Extrudierens zusätzlich erwärmt werden 5.

   Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie fur die Erwär- mung der Feinstoffe aus dem Einschmelzvergaser entnommen wird 6 Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie für die Erwär- mung der Feinstoffe aus einer Teilverbrennung des im Einschmelzvergaser gebildeten Reduktionsgases gewonnen wird 7 Vorrichtung zur Herstellung von flüssigem Roheisen und/oder Stahlvorprodukten aus stückigem eisenhaltigem Material, wie teil- und/oder fertig reduziertem Eisenschwamm, mit einem Einschmelzvergaser (1) mit einer Zuleitung (2) für stuckiges kohlenstoffhaltiges Material, einer Zuleitung (3) für das eisenhaltige Material, einer Reduktionsgasleitung (9) zum Abziehen des gebildeten Reduktionsgases, Zuleitungen (4) für sauerstoffhältiges Gas, sowie mit einem Eisenschmelzen- und Schlackenabstich (8), dadurch gekenn- zeichnet,

   dass der Einschmelzvergaser (1 ) mit zumindest einem Mittel zum Verdichten von Feinstoffen und zum kontinuierlichen Fordern von verdichteten, zumindest teilweise plas- tifizierten Feinstoffen in den Einschmelzvergaser (1), versehen ist 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Verdichten und kontinuierlichen Fördern als Extruder (15) ausgebildet ist, wobei der Extruder (15) in an sich bekannter Weise zumindest von einer Aufnahmeeinrichtung (20) für Feinstoffe, einer Extruderschnecke (17), sowie einer - einen Förderkanal (18) bildenden - Ummante- lung (19) der Extruderschnecke (17) gebildet wird, und wobei der Förderkanal (18) in den Einschmelzvergaser (1) mündet 9. Vomchtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderkanal (18) einen sich in Förderrichtung verjüngenden Querschnitt aufweist.

   10 10 Vorrichtung nach einem der Anspruche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung (20) für Feinstoffe leitungsmässig mit einer Misch- und Homogenisie- rungseinnchtung (13) verbunden ist 11 Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Misch- und Homogeni- sierungseinrichtung (13) mit einer Leitung (14) für die Zugabe eines Bindemittels verbun- den ist.

   12 Vorrichtung nach einem der Anspruche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Misch- und Homogenisierungseinrichtung (13) eine Zerkleinerungs- und/oder Mahlvor- richtung (10) vorgeschaltet ist 13 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumin- dest ein Längenabschnitt des Förderkanals (18) beheizbar ausgeführt ist