DE1246781B

DE1246781B - Zweistufiges Verfahren und Vorrichtung zur direkten Reduktion von feinzerteiltem Eisenerz zu pulverfoermigem Eisen mittels eines reduzierend wirkenden Gasstromes

Info

Publication number: DE1246781B
Application number: DER30099A
Authority: DE
Original assignee: Renault SA
Current assignee: Renault SA
Priority date: 1960-04-13
Filing date: 1961-04-13
Publication date: 1967-08-10

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C21b

Deutsche KL: 18 a -15/00

Nummer: 1246781

Aktenzeichen: R 30099 VI a/18 a

Anmeldetag: 13. April 1961

Auslegetag: 10. August 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein zweistufiges Verfahren zur direkten Reduktion von Eisenerz zu pulverförmigem Eisen, wobei das zerkleinerte und gegebenenfalls zu einem Pulver vermahlene Erz einem Gasstrom ausgesetzt wird, der insbesondere Kohlenoxyd oder Wasserstoff oder ein Gemisch dieser Gase enthält.

Bei einem bekannten Verfahren gibt es eine erste Reduktionsstufe mit einem Kohlenwasserstoffgas, z. B. in Form von Methan. Dabei führt die Reduktion nicht einheitlich zu FeO, insbesondere wenn sie zu lange ausgedehnt wird, wobei sich dann Fe₃C bildet. Diese Verunreinigung mit Zementii Fe₃C führt zu einem Endprodukt, das für die Herstellung besonders weichen Stahls nicht geeignet ist. Wollte man den geschilderten Nachteil dieses Verfahrens durch Abkürzung mildern, so würde man am Ausgang der ersten Behandlungsstufe ein Gemisch von Fe₂O₃ und FeO erhalten, was bedeutet, daß die Behandlung in der zweiten Stufe besonders langwierig und dementsprechend der Aufwand an Wasserstoff hoch und also das Verfahren insgesamt teuer ist.

Demgegenüber stellt sich die Erfindung die Aufgabe, unter anderem die Gaszusammensetzung derart zu wählen, daß sich bei der Bildung von FeO ein Gleichgewicht einstellt und somit die Bildung von Fe₃C unmöglich ist. Gemäß der Erfindung erhitzt man zu diesem Zweck in der ersten Stufe das zerkleinerte Erz und dieses wird beim Durchtritt durch ein stufenförmiges Fließbett zu Eisen(II)-oxyd reduziert, welches Fließbett im Gegenstrom von einem Gas mit einem hohen CO-Gehalt, welches CO, CO₂, H₂, H₂O, N₂ enthält, durchströmt wird, wobei das erhaltene pulverförmige Eisen(II)-oxyd eine Temperatur von 900 bis 1050° C hat. Danach wird das Pulver auf eine Temperatur von etwa 700° C zurückgeführt und im Verlauf der zweiten Verfahrensstufe einer Reduktion im Fließbett unterzogen, durch das im Gegenstrom praktisch reiner Wasserstoff hindurchgeleitet wird, der auf eine Temperatur von etwa 700° C gebracht ist, so daß ein von Kohlenstoff freies Eisenpulver erhalten wird. Unter anderem hat man hierbei den Vorteil, daß wegen einheitlicher Bildung von FeO nach Durchlauf durch die erste Behandlungsstufe in der anschließenden zweiten Behandlungsstufe Eisen erhalten wird, das tatsächlich frei von Verunreinigungen, etwa durch Fe₃C, ist.

Bei einem anderen bekannten Verfahren wird zwar ebenfalls die Reduktion in zwei Stufen und unter Verwendung von Gasen durchgeführt. Jedoch erhält man in der ersten Stufe nur dann FeO, wenn man die ablaufende Reaktion unterbricht. Das Zwischen-Zweistufiges Verfahren und Vorrichtung zur
direkten Reduktion von feinzerteiltem
Eisenerz zu pulverförmigem Eisen mittels
eines reduzierend wirkenden Gasstromes

Anmelder:

Regie Nationale des Usines Renault,

Billancourt, Seine (Frankreich)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Liebau, Patentanwalt,

Göggingen über Augsburg, v.-Eichendorff-Str. 10

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 13. April 1960 (824 295)

produkt der ersten Stufe dieses Verfahrens liefert teils ein Gemisch von Fe₂O₃ und FeO, teils ein Gemisch von FeO, Fe und Fe₃C. Es kann also nicht reines FeO entstehen, wie dies bei dem Verfahren nach der Erfindung der Fall ist, bei welchem auf ein Gleichgewicht bei der Erreichung von FeO hingearbeitet wird. Weiterhin wird bei dem bekannten Verfahren in der zweiten Behandlungsstufe mit einem Gas und einer Temperatur gearbeitet, daß sich Fe₃C ergibt. Man kann also kein von Kohlenstoff freies Eisen erhalten.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren verwendet man schließlich zur Reduktion ein Gemisch von Wasserstoff und Kohlenoxyd und arbeitet in zwei aufeinanderfolgenden Stufen mit ein und demselben Gas und bei derselben Temperatur von 590 bis 76O⁰C. Dabei geht der Verfahrensabschnitt in der ersten Reaktionsstufe sehr langsam vor sich, weil bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur von 590 bis 760° C gearbeitet wird. Die Reaktion in dieser ersten Stufe läßt sich aber bei diesem bekannten Verfahren durch Erhöhung der Temperatur nicht beschleunigen, weil sich sonst bevorzugt Fe₃C bilden würde. Im übrigen wird die zweite Behandlungsstufe bei diesem bekannten Verfahren mit einem Gasgemisch durchgeführt, das CO und H₂ enthält und dementsprechend Eisen ergibt, welches mit Fe₃C verunreinigt ist.

Im übrigen ist es bekannt, daß eine Verunreinigung des Zwischenproduktes durch Fe₃C das Verkleben verhindert. Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird ein solches Zusammenkleben der

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Claims

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kleinen Teilchen durch die niedrigere Temperatur in Umlauf befindliche Gas erhitzen, worauf sie durch

der zweiten Stufe verhindert. Im übrigen weist das den Kamin 28 austreten.

Verfahren nach der Erfindung Vorteile gegenüber Das in der Kühlvorrichtung 8 auf 700° C ab-

einer direkten Reduktion des Erzes mittels Wasser- gekühlte Eisen(II)-oxyd wird von einer Vorrich-

stoff auf, weil bei einem solchen Arbeitsgang Drücke 5 tung 9 aufgenommen, durch die es zu kaskaden-

von 12 bis 40 Atmosphären erforderlich sind. förmig geschalteten Fließbettreduktionsstufen 10,11,

Nachstehend wird das erfindungsgemäße Ver- 12, 13 gefördert wird, die im Gegenstromverfahren

fahren in Verbindung mit der Zeichnung näher be- und im wesentlichen isotherm zwischen 600 und

schrieben, die in schematischer Darstellung eine für 750° C, vorzugsweise bei 700° C, betrieben werden,

die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens io Das heiße pulverförmige und in Wasserstoff gebadete

geeignete Anlage zeigt. reduzierte Eisen tritt bei 14 aus und der reine

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Wasserstoff wird mit einer Temperatur von etwa

Eisenerz zuerst sehr fein vermählen, um es zu einem 700° C am unteren Ende der Vorrichtung durch

klassierten Pulver zu zerkleinern, das zur Reduktion eine Leitung 36 eingeleitet.

im Fließbettverfahren geeignet ist (von einer Kör- 15 In dem zuletzt beschriebenen Reaktor reduziert

nung von etwa 40 bis 125 Mikron mittlerer Durch- der Wasserstoff das Eisen(II)-oxyd, wobei reines

messer). pulverförmiges Eisen erhalten und das Gas mit

Das auf diese Weise erhaltene Pulver gelangt aus Wasser beladen wird. Der mit Wasser beladene einem Trichter 1 durch eine Beschickungsvorrich- Wasserstoff tritt aus dem Reaktor durch eine Leitung tung 2 in die erste Vorrichtung zur Erhitzung und 30 29 mit der Reaktionstemperatur von beispielsweise Reduktion im Fließbettverfahren in Form eines 700⁰C aus, worauf er durch einen Wärmeaustau-Reaktors mit mehreren kaskadenförmig angeordneten scher 30 hindurchtritt, in welchem er seine Wärme Stufen 3, 4, 5, 6 mit Gefällebewegung des Pulvers an den trockenen zu erhitzenden Wasserstoff abgibt, und Gegenstromtransport des Gases, in welchem das und er gelangt dann in eine Kühlvorrichtung 31 mit Erz erhitzt und zu Eisen(II)-oxyd (FeO) durch ein as einem Wasserabscheider und von diesem in einen von einem Brenner 15 kommendes Gas reduziert Kältemittelkondensator 32, in welchem er auf +1⁰C wird, das CO, CO₂, H₂, H₂O und N₂ als Reduktions- unter Abscheidung der letzten Spuren von Wasser mittel für Fe₂O₃ oder Fe₃O₄, jedoch im Gleich- im flüssigen Zustand gekühlt wird, worauf er von gewicht mit FeO, enthält. Die Temperatur steigt in neuem durch eine Pumpe 33 in Umlauf gesetzt, der untersten Stufe 6 auf eine Höhe zwischen 900 30 wieder durch den Wärmeaustauscher 34 geleitet und 1050° C, vorzugsweise 1000° C, an. wird, in welchem er erhitzt wird, sodann einem Er-

Beim Austritt aus der Stufe 6 wird das Eisen(II)- hitzer 35 mit äußerer Wärmezufuhr zugeführt wird, oxyd-Pulver durch eine Vorrichtung 7 aufgenommen um schließlich bei 36 wieder in den Reaktor ein- und in eine Kühlvorrichtung 8 gefördert, in welcher geleitet zu werden. Der durch die Reduktion veres im Fließbettverfahren durch umlaufendes kaltes 35 brauchte Wasserstoff wird durch Einleiten reinen Gas gekühlt wird, das durch eine Leitung 21 zu- Wasserstoffes ersetzt, der an einem Punkt des Kreisgeführt wird. Dieses Gas enthält CO, CO₂, H₂, H₂O laufes hinter dem Kondensator 32 und vor dem Er- und N₂ im Gleichgewicht mit FeO bei 700° C, wobei hitzer 35 zugeführt wird.

seine Fördermenge so geregelt wird, daß die Mi- Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil,

schungstemperatur im Fließbett die für die Reduk- 40 daß in der ersten Stufe die Reduktion von Fe₂O₈ zu

tion von FeO zu Fe mittels Wasserstoff in der zwei- FeO oder von Fe₃O₄ zu FeO unter den wirtschaft-

ten Reduktionsstufe gewünschte Höhe hat, die zwi- lichsten Bedingungen durchgeführt wird, da sie bei

sehen 600 und 750° C und vorzugsweise bei 700° C einer hohen Temperatur und unter Verwendung

liegt. eines geringe Kosten verursachenden Gases durch-

Das reduzierend wirkende Gas wird durch eine 45 geführt wird, das durch unvollständige Verbrennung

unvollständige Verbrennung von Naturgas mit einem eines Kohlenwasserstoffes erhalten wird. Aus diesem

hohen Methangehalt oder einem flüssigen oder gas- Grund ist die in der zweiten Stufe des Verfahrens er-

förmigen Kohlenwasserstoff erhalten, das bzw. der forderliche Wasserstoffmenge beschränkt und wer-

bei 16 zugeführt wird, während die Verbrennungsluft den, da das Eisen(II)-oxyd im heißen Zustand zu-

bei 17 zugeführt wird. Der Brenner 15 ist in einer 50 geführt wird, günstige Bedingungen gleichzeitig für

Verbrennungskammer 18 angeordnet, in welcher das den Wärmehaushalt und einen einfachen Aufbau der

Gas auf eine Temperatur von etwa 1000° C durch Anlage erzielt. Da in der zweiten Verfahrensstufe

die Zufuhr von umlaufendem Gas gebracht wird, das die Temperatur begrenzt ist, erhält man reduziertes

bei 24 von der Kühlvorrichtung 8 und bei 22 vom Eisen in pulverförmigem Zustand. Da die Reduktion

Umlaufgebläse 20 zugeführt wird. 55 mittels Wasserstoff geschieht, erhält man reines

Nach der Erhitzung und Reduktion tritt das Gas Eisen ohne Kohlenstoffgehalt,
aus der oberen Stufe 3 aus. Dieses Gas wird durch ,.
ein Gebläse 20 angesaugt, durch das es in drei Teile Patentansprüche:
unterteilt wird. Der erste Teil wird durch die Leitung 1. Zweistufiges Verfahren zur direkten Reduk-21 der Kühlvorrichtung 8 zugeführt, der zweite Teil 60 tion von Eisenerz zu pulverförmigem Eisen, wodurch eine Leitung 22 einem Rekuperator 25, in wel- bei das zerkleinerte und gegebenenfalls zu einem chem er, bevor er von neuem zur Verbrennungs- Pulver vermahlene Erz einem Gasstrom auskammer 18 in Umlauf gesetzt wird, erhitzt wird, gesetzt wird, der insbesondere Kohlenoxyd oder während der dritte Teil durch eine Leitung 23 dem Wasserstoff oder ein Gemisch dieser Gase entBrenner 26 des Rekuperators zugeführt wird, in wel- 65 hält, dadurch gekennzeichnet, daß in chem er zu CO₂ und H₂O infolge der Zufuhr von der ersten Stufe das zerkleinerte Erz erhitzt und Zusatzluft 27 verbrannt wird. Die Abgase treten beim Durchtritt durch ein stufenförmiges Fließdurch den Rekuperator hindurch, wobei sie das in bett zu Eisen(II)-oxyd reduziert wird, welches