DE1259365B - Verfahren zur Herstellung eines Beschickungsmaterials fuer Reduktionsoefen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C21b

Deutsche Kl.: 18 a-1/28

Nummer: 1259 365

Aktenzeichen: A 48916 VI a/18 a

Anmeldetag: 13. April 1965

Auslegetag: 25. Januar 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung oxydischer Erze und insbesondere zur Herstellung eines Metalloxyd und Koks enthaltenden Beschickungsmaterials für Reduktionsöfen, in denen das in dem Erz enthaltene Metall gewonnen werden soll, beispielsweise für Hochöfen zur Eisengewinnung, aus solchem oxydischen Erz.

Aus vielen oxydischen Erzen kann das Metall durch Reduktion gewonnen werden. Beispielsweise wird bekanntlich Eisen in Hochöfen durch Reduktion des in einem Erz enthaltenen Eisenoxyds unter Verwendung von Kohle in der Form von Koks und Sauerstoff, der in der Form gewöhnlicher Luft zugeführt wird, gewonnen. In Hochöfen werden üblicherweise Koks, Erz und Flußmittel, die die Schlackenbildung begünstigen, getrennt am oberen Ende des Hochofens eingeführt, so daß einzelne Schichten in sich wiederholender Reihenfolge gebildet werden. Die Beschickung sinkt innerhalb etwa 5 bis 10 Stunden in dem Hochofen nach unten, und in dieser Zeit wird das in dem Erz enthaltene Eisenoxyd zu Eisen oder einer Schmelze aus Eisen und Kohlenstoff reduziert.

Die Kosten des Eisens werden weitgehend von den enormen Kosten der Errichtung eines Hochofens und der zur Reduktion des Erzes erforderlichen langen Zeit bestimmt. Außerdem muß in dem Hochofen ein Koks hoher Qualität verwendet werden. Ein solcher Koks wird üblicherweise in einzelnen Ansätzen in den bekannten Koksöfen, deren Errichtung ebenfalls sehr kostspielig ist und in denen der Verkokungsprozeß eine Zeit von 16 bis 35 Stunden erfordert, hergestellt.

Es ist schon vielfach versucht worden, das Hochofenverfahren zu verbessern und insbesondere die Produktionsgeschwindigkeit und die Kosten der Rohmaterialien, wie Koks, zu senken. Beispielsweise würde schon versucht, Eisenerz mit dem für das Verfahren erforderlichen Koks in einer in dem Hochofen rascher verarbeitbaren Beschickung zu kombinieren. Es ist auch schon bekannt, durch Verkokung von Kohle im Gemisch mit Eisenerz unter Verkokungsbedingungen ein Hochofenbeschickungsmaterial herzustellen. Eine derartige Herstellung eines Hochofenbeschickungsmaterials aus Kohle und Erz ist jedoch nicht einfach, und insbesondere waren Qualität und Festigkeit dieser Beschickungsmaterialien nicht zufriedenstellend, was schon daraus hervorgeht, daß diese Verfahren keinen Eingang in die Technik finden konnten.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Beschickungs-Verfahren zur Herstellung

eines Beschickungsmaterials für Reduktionsöfen

Anmelder:

Allied Chemical Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. I. Ruch, Patentanwalt,

8000 München 5, Reichenbachstr. 51
15

Als Erfinder benannt:
Lawrence Delos Schmidt, New York, N. Y.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
_a5 V. St. ν. Amerika vom 13. April 1964 (359 224)

materials für Reduktionsöfen, das Erz und Koks enthält und für dessen Herstellung verkokbare Kohle im Gemisch mit dem Erz Verkokungsbedingungen unterworfen wird.

Das Verfahren der Erfindung zur Erzeugung eines Eisenerz und Koks enthaltenden Beschickungsmaterials für Reduktionsöfen besteht darin, daß man Formkörper, die 35 bis 75 Gewichtsteile verkokbare Kohle, so viel weitere Feststoffe, die ganz oder teilweise aus feindispersem Eisenerz bestehen, daß die Gesamtmenge an Feststoffen 100 Teile beträgt, und bis 40 Teile je 100 Teile Feststoffe an einem flüssigen Kohlenwasserstoff, der während der Verkokung an der Oberfläche der Formkörper kontinuierlich vergast werden kann, enthalten, unter Verkokungsbedingungen erhitzt.

Gewünschtenfalls wird ein solcher flüssiger Kohlenwasserstoff in den Formkörpern verwendet, daß ein überwiegender Teil davon von den Formkörpern vergast wird, wenn diese sich bei einer Temperatur von 260 bis 600° C befinden.

Die in dem Verfahren der Erfindung verwendeten Formkörper bestehen also aus einem innigen Ge-

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misch von 35 bis 75 Gewichtsteilen verkokbarer Kohle, weiteren Feststoffen, die ganz oder teilweise aus feindispersem Eisenerz bestehen, in solcher Menge, daß die Gesamtmenge an Feststoffen 100 Gewichtsteile beträgt, und 3 bis 40 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile Feststoffe an einem flüssigen Kohlenwasserstoff, der während der Verkokung der Kohle an der Oberfläche der Formkörper kontinuierlich vergast werden kann.

Gewünschtenfalls können die Feststoffe der Formkörper noch ein Flußmittel enthalten, so daß ein Reduktionsof enbeschickungsmaterial, daß alle Hauptbestandteile für ein übliches technisches Reduktionsverfahren in solchen Öfen enthält, gebildet wird. Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß zur Herstellung der Formkörper ein feindisperses Erz,, d. h. ein Erz, wie es beispielsweise in dem bekannten Taconite-Verfahren bei dem Erz in feindisperser Form gewonnen wird und das daher bisher als wenig wertvoll für die Technik angesehen wurde, anfällt, verwendet werden kann. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß eine Kohle mit einem verhältnismäßig hohen Sauerstoffgehalt von über 7% für die Herstellung der Formkörper verwendet werden kann, ohne daß deshalb ein Reduktionsofenbeschickungsmaterial schlechter Qualität gewonnen wird, d. h., es kann eine Kohle verwendet wenden, die normalerweise als schlecht geeignet für eine Verkokung angesehen wird.

Die Erfindung soll im folgenden an Hand der Zeichnung näher veranschaulicht werden.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zur Erzeugung einer Hochofenbeschickung auf einem Wanderrost in einer Dampferzeugungsanlage veranschaulicht;

F i g. 2 ist ein vertikaler Schnitt, der eine bevorzugte Ausführungsform einer Zündeinrichtung für die Entzündung von Feststoffen auf einem Wanderrost zeigt;

Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 von F i g. 2, der den Aufbau der Zündeinrichtung im einzelnen zeigt.

Die in F i g. 1 dargestellte Ofenanlage 10 weist eine Verkokungskammer 11 mit einem Wanderrost 13, der sich von links nach rechts in der Zeichnung bewegt, auf. Durch den Einfülltrichter 16 mit der Seitenwand 14 wird kontinuierlich festes Brennmaterial auf den Wanderrost 13 aufgebracht. Der Laufweg des Rostes von der Stelle der Beladung bis zum Abgabeende beträgt beispielsweise etwa 9 m und seine Breite beispielsweise 7,5 m. Die Innenwand des Einfüllstutzens 16 wird durch ein durch Schrauben 18 bewegliches Tor 17 gebildet, mit dem die Dicke des verhältnismäßig dünnen Bettes oder der unteren Schicht auf dem Wanderrost gesteuert wird. Der aus diesem Füllstutzen 16 auf den Wanderrost aufgebrachte feste Brennstoff kann irgendein fester Kohlenwasserstoffbrennstoff, wie bituminöse Kohle, Bunkerkohle, Anthrazit, subituminöse Kohle, Tagebaukohle, Lignitkohle und Grus, sein. In der bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens der Erfindung wird als fester Brennstoff Dampfkessel- oder Bunkerkohle verwendet, da diese einerseits billig ist und andererseits ausgezeichnete Ergebnisse liefert. Das Tor 17, das sich an der Wand 19 abstützt, arbeitet zusammen mit einem an der Wand 22 abgestützten einstellbaren Tor 21, so daß ein Kanal 24 gebildet wird, aus dem das vorgeformte Erz und Kohle enthaltende Material 26 gleichmäßig in gesteuerten Mengen auf der unteren Schicht aus festem Brennstoff abgelagert wird. Die Menge an diesem vorgeformten Material wird durch das durch übliche Schrauben 27 vertikal einstellbare Tor 21 gesteuert. Bevor das koksbildende vorgeformte Material auf die untere Schicht aufgebracht wird, wird das diese untere Schicht bildende feste Brennmaterial mittels einer von der Entzündungseinrichtung 31 hinter dem

ίο Tor und dicht über dem Bett aus festem Brennstoff direkt auftreffenden Flamme entzündet. Die Entzündung wird durch Luft, die aus der Luftkammer 32 zuströmt, begünstigt. Aus dieser Luftkammer 32 wird zusammen mit den Luftkammern 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 und 42 so viel Sauerstoff von unterhalb des Wanderrostes zugeführt, daß die Verbrennung des festen Brennmaterials über den ganzen Laufweg des Wanderrostes unterhalten wird. Die bei der Verbrennung des festen Brennmaterials gebildeten heißen Gase steigen durch die Erz und Kohle enthaltenden Formkörper nach oben und bewirken dabei die Verkokung und das damit verbundene Infreiheitsetzen von flüchtigem Material aus dem koksbildenden Material. Die Verkokung der kohlehaltigen Formkörper erfolgt auf dem Rost derart, daß sie am Ende des Laufweges des Wanderrostes als harte, stoßfeste Formkörper von solcher Qualität, daß sie sich für metallurgische Zwecke, wie als Beschickung für Hochöfen eignen, von dem Rost fallen.

Das Metalloxyd des Erzes wird während der Verkokung teilweise reduziert, so daß beispielsweise mit Eisenerz hergestellte Formkörper nach der Verkokung magnetisiertes Material anziehen und festhalten.

Bei der Durchführung der Erfindung zur Erzeugung einer Beschickung für Reduktionsofen ist die Zusammensetzung der vorgeformten Kohle und Erz enthaltenden Körper von besonderer Bedeutung.
Wesentlich für den Erfolg des Verfahrens der Erfindung ist die Verwendung von Formkörpern, in denen das oxydische Erz innig mit Kohle und einem flüssigen. Kohlenwasserstoff, der bei Verkokungsbedingungen an der Oberfläche der Formkörper vergasen kann, vermischt ist. Es wurde gefunden, daß Pellets, Briketts und andere Formkörper, die die angegebenen Komponenten enthalten, bei Verkokungsbedingungen in ein Produkt, das nicht nur eine überraschend hohe Festigkeit und Resistenz, sondern auch den erwünschten niedrigen Aschegehalt besitzt, übergeführt werden. Eine besonders wichtige Komponente ist der flüssige Kohlenwasserstoff, der vermutlich aus verschiedenen Gründen wesentlich zu der hohen Qualität des Produkts beiträgt. Beim Erhitzen des Formkörpers muß der flüssige Kohlenwasserstoff vom Inneren des Formkörpers an dessen Außenfläche wandern, wo er vergast wird. Diese Wanderung des kühleren flüssigen Kohlenwasserstoffs in die heißeren Außenzonen des Formkörpers, etwa wie in einem Docht, bewirkt eine Kühlung, die den extremen Temperaturabfall, der sonst zur Ausbildung von Sprüngen und Rissen in dem Formkörper und zu einer Verringerung der Festigkeit seines Gefüges führen würde, mildert. Auch wird durch die Vergasung des flüssigen Kohlenwasser-Stoffs an der Oberfläche des Formkörpers Wärme verbraucht und damit eine Kühlung bewirkt, die den Formkörper vor einer zu starken Überhitzung schützt. Schließlich wird durch die Vergasung des

flüssigen Kohlenwasserstoffs auch eine Art Schutzschicht um den Formkörper gebildet, die sowohl eine Vergasung des Kohlenstoffs der Kohle verhindert als auch eine isolierende Wirkung besitzt. Das hat zur Folge, daß auch bei sehr energischer Erhitzung die Geschwindigkeit, mit der die Formkörper tatsächlich erhitzt werden, zwar für eine hohe Produktionsgeschwindigkeit ausreichend hoch ist, jedoch durch diese Schutzschicht derart gesteuert wird, daß sie unter derjenigen bleibt, die zu einer Verminderung der Festigkeit des Gefüges führen würde. Es wurde gefunden, daß es durch die Verwendung eines flüssigen Kohlenwasserstoffs, der langsam und stetig an der Oberfläche der Formkörper vergast wird, möglich wird, kontinuierlich ein starken Beanspruchungen standhaltendes Material herzustellen, und zwar auch bei Anwendung der sehr energischen Bedingungen, die auftreten, wenn die Formkörper sehr heißen Gasen ausgesetzt werden und wenn die Verkokung mit einer Dampferzeugung verbunden wird. Dabei ist es nicht notwendig, daß die Vergasung des flüssigen Kohlenwasserstoffs über den ganzen Laufweg des Wanderrostes oder den ganzen Bereich der Verkokungstemperatur, die gewöhnlich auf über 800° C steigt, erfolgt. Der Einfluß der Vergasung des flüssigen Kohlenwasserstoffs wirkt sich vielmehr am günstigsten in der Zeit zwischen dem Erhitzen der Formkörper auf etwa 260° C bis zu einer Temperatur von etwa 600° C aus. In dieser Zeit unterliegen die »grünen« Formkörper einer beträchtlichen Veränderung, die insbesondere mit der Plastifizierang der Kohle in dem Formkörper in der Nähe von etwa 370° C oder etwas darunter oder darüber, je nach der verwendeten Kohle, einsetzt und bis zu einer Temperatur von etwa 600° C, bei der praktisch das gesamte oder zumindest der Hauptteil des Koksgefüges gebildet und verfestigt ist, erfolgt. In dem Verfahren der Erfindung werden daher zweckmäßig solche flüssigen Kohlenwasserstoffe verwendet, von denen ein wesentlicher Teil, beispielsweise 50%, vergast, wenn die Formkörper auf eine Temperatur über etwa 260° C, vorzugsweise auf etwa 260 bis 600° C, in einen Temperaturbereich also, der von dem Begriff »Verkokungsbedingungen« umfaßt wird, d. h. den üblicherweise bei der trockenen Destillation von Kohle angewandten Temperaturbereich erhitzt werden.

Vorzugsweise wird ein flüssiger Kohlenwasserstoff verwendet, von dem der Hauptteil vergast, wenn die Formkörper auf Temperaturen zwischen etwa 370 und 600⁰C erhitzt werden, und die Vergasung erfolgt vorzugsweise in den ersten und mittleren Erhitzungszonen des Wanderrostes und ist vor dem Ende seines Laufweges praktisch beendet. Um eine solche langsame und stetige Vergasung an der Oberfläche der Formkörper zu erzielen, muß ein flüssiger Kohlenwasserstoff, der keinen scharfen Siedepunkt besitzt, sondern in einem Temperaturbereich von wenigstens etwa 90° C und vorzugsweise wenigstens 15O⁰C verdampft oder vergast, verwendet werden. Die bevorzugten flüssigen Kohlenwasserstoffe sind die Kohlenwasserstofföle und vorzugsweise diejenigen, zu deren Vergasung insgesamt eine Wärmemenge von etwa 750 kcal/kg und vorzugsweise mehr als etwa 850 kcal/kg erforderlich ist. Zu diesen bevorzugten Materialien gehören die Erdölderivate mit Siedebereichen derart, daß wenigstens etwa 50% davon bei einer Temperatur über 26O⁰C, vorzugsweise zwischen etwa 260 und etwa 600° C vergasen. Am meisten bevorzugt sind die aus Erdöl gewonnenen Heizöle mit Destillationsbereichen derart, daß wenigstens etwa 50 Gewichtsprozent in dem Temperaturbereich von etwa 370 bis 600⁰C vergast werden. Beispiele für die am meisten bevorzugten Ölfraktionen sind Rückstandsheizöle, Bunker-C-öl, Heizöl Nr. 6, Asphalt und Gemische von diesen oder ähnlichen Kohlenwasserstoffen. Auch Teeröle ge-

hören zu den bevorzugten flüssigen Kohlenwasserstoffen. Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn diejenigen Erdölderivate, die dem gewöhnlich als Rückstandsheizöl Nr. 6 bezeichneten (ASTM D-396-48T) gleich oder ähnlich sind.

Das in den erfindungsgemäß der Verkokung unterworfenen Formkörpern verwendete oxydische oder oxydhaltige Erz erhöht die Festigkeit des Produktes und muß in feindisperser Form verwendet werden. Die Teilchengröße dieses nicht verkokenden Materials ist vorzugsweise derart, daß der größte Teil ein 50-Maschen-Sieb des Tyler Standard passiert und vorzugsweise etwa 70% ein 200-Maschen-Sieb passieren.
Vorzugsweise, aber nicht notwendig, wird das Erz konzentriert, indem Siliciumdioxyd bis auf eine Restmenge unter etwa 10% abgetrennt wird. Bei der Herstellung eines Beschickungsmaterials für Hochöfen werden besonders gute Ergebnisse mit Erzfeinteilchen, wie sie in dem bekannten Taconite-Verfahren erhalten werden, erzielt. Diese Materialien enthalten im allgemeinen etwa 55 bis 59 Gewichtsprozent Eisen (Gesamt-Fe) in der Form von Eisenoxyden und haben Teilchengrößen von etwa 70% unter 200 Maschen und 50% unter 325 Maschen.

Für die Herstellung eines Hochofenbeschickungsmaterials können aber auch andere oxydische Erze, wie Hämatit, Limonit, Magnetit und Siderit, verwendet werden. Diese Erze enthalten, nachdem ihr Siliciumdioxydgehalt auf unter 10% gesenkt ist, im allgemeinen etwa 55 bis 65% Eisen (Gesamt-Fe), etwa 5 bis 10% Wasser, etwa 3 bis 8% Siliciumdioxyd und etwa 1 bis 3 % Kalk und Magnesia. Gewünschtenfalls kann ein Teil des nicht verkokbaren Materials in den Formkörpern aus einem schlackenbildenden Flußmittel bestehen, so daß einem Reduktionsofen, wie einem Hochofen, nur noch eine einheitliche Beschickung zugeführt wird. Das Flußmittel muß ebenfalls feindispers sein, d. h., seine Teilchengrößenverteilung muß derjenigen des Erzes entsprechen. Beispiele für geeignete Flußmittel sind Kalksteinstaub, Dolomit, Flußspat, gelöschter Kalk und Soda. Die Mengenverhältnisse, in denen Erz und schlackenbildendes Material verwendet werden, können in einem weiten Bereich variieren und hängen weitgehend davon ab, was für ein Material für eine spezielle Reduktion erwünscht ist. Für die meisten Erze liegt das bevorzugte Verhältnis von Erz zu Flußmittel in dem Bereich von etwa 8:1 und 1:1 und vorzugsweise 6 :1 und 3:1. Für die Herstellung einer Hochofenbeschickung für die Gewinnung von Eisen ist Kalk das bevorzugte schlackenbildende Material.

Die Herstellung der Formkörper kann nach irgendwelchen bekannten Methoden erfolgen, beispielsweise durch Pelletisieren, Brikettieren oder nach einer anderen Methode zur Herstellung von Aggregaten oder Formkörpern. Eine geeignete Methode besteht darin, daß man das feindisperse Erz, das

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koksbildende Material und den flüssigen Kohlen- gangsgemisch für die Herstellung der Formkörper wasserstoff innig miteinander vermischt und das Ge- das feindisperse Erz oder Gemisch von Erz und misch dann zu Körpern der gewünschten Form und Flußmaterial in einer Menge von etwa 35 bis 55 % Größe verformt. Vorzugsweise werden die Form- des Trockengewichtes anwesend ist.
körper durch Brikettieren des Gemisches in einer 5 Die für die Herstellung der Formkörper verwendafür üblichen Vorrichtung hergestellt. Dabei wer- dete verkokbare Kohle kann irgendeine Kohle sein, den vorzugsweise Drücke in der Größenordnung aus der unter Infreiheitsetzen von flüchtigem Matevon 140 bis 350 kg/cm² angewandt, um »grüne« Bri- rial Koks gebildet werden kann. Ein Produkt, das ketts mit einer Porosität zwischen etwa 10 und 40% sich besonders gut als Beschickungsmaterial für und vorzugsweise zwischen etwa 15 und 20% her- io Reduktionsofen eignet, wird aus verkokbarer Kohle zustellen. Die Briketts sind vorzugsweise etwa zylin- mit einem hohen Gehalt an flüchtigem Material, die drisch oder kugelig oder haben die Form von Kissen, gewöhnlich einen Sauerstoffgehalt über 7 Gewichtswobei die einzelnen Briketts zwischen etwa 3 und prozent und gewöhnlich in dem Bereich von etwa 250 cm³, vorzugsweise etwa 5 bis 80 cm³ groß sind. 8 bis 10 Gewichtsprozent, bestimmt durch Analyse Das Gemisch kann aber auch zu runden Formkör- 15 nach ASTM-Test D-271-58, besitzt, erhalten. Die pern mit einem Durchmesser von etwa 1,9 bis 7,6, verkokbare Kohle ist in den Formkörpern vorzugsvorzugsweise etwa 2,5 bis 5,0 cm pelletisiert werden, weise in einer Menge von 45 bis 65 Gewichtsprozent und eine solche Pelletisierung erfolgt zweckmäßig in der Gesamtfeststoffe anwesend und hat eine Teileiner üblichen Pellitisieranlage oder einer anderen chengröße bis zu etwa 0,5 cm und vorzugsweise bis Pelletisiervorrichtung bei der Temperatur der Um- 20 zu etwa 0,25 cm, entsprechend der auf diesem Gebiet gebung, so daß die gebildeten kugeligen Formkörper üblichen Kennzeichnung.

eine Porosität in dem Bereich von etwa 15 bis 20 % Wie in F i g. 1 der Zeichnung veranschaulicht ist, haben. Spezielle Formkörper können durch ähnliche wird die Menge an festem Brennstoff, die aus dem oder andere übliche Methoden erhalten werden. Füllstutzen 16 auf den Wanderrost 13 aufgebracht Durch Strangpressen des Gemisches bei einer Tem- 25 wird, gesteuert, so daß eine ausreichende Menge an peratur von vorzugsweise zwischen etwa 87 und heißen Verbrennungsgasen gebildet wird, um die 430° C und Drücken von vorzugsweise 2 bis 70 kg/cm² Kohle in den Formkörpern, die aus dem Bekönnen auch zylindrische oder rohrförmige Form- schickungskanal 24 auf der Brennstoffschicht abgekörper hergestellt werden. lagert wird, verkokt wird. Die obere Schicht aus den Die Mengenanteile der Bestandteile des Gemi- 30 zu verkokenden Formkörpern ist verhältnismäßig sches für die Herstellung der Formkörper hängen dünn, d. h. weniger als etwa 60 cm dick, damit keine von verschiedenen Faktoren ab. Die Gemische müs- Drücke entstehen, durch die die Formkörper agglosen wenigstens 3 Gewichtsteile flüssigen Kohlenwas- merieren können. Vorzugsweise beträgt die Dicke serstoff je 100 Teile Feststoffe enthalten, damit ein dieser oberen Schicht etwa 20 bis 30 cm, während für Reduktionsofen geeignetes Beschickungsmaterial 35 die Dicke der unteren Brennstoffschicht entsprechend erhalten wird. Mengen von mehr als etwa 40 % sind etwa 7,5 bis 15 cm beträgt. Die Luftzufuhr von unerwünscht, da es dann schwierig wird, Formkörper unterhalb des Wanderrostes aus den Kammern 32 herzustellen und außerdem bei der Verkokung Ag- bis 42 wird so gesteuert, daß eine zum Verkoken der glomerierungen erfolgen können. Die optimale Formkörper ausreichende Menge an heißen Verbren-Menge an flüssigem Kohlenwasserstoff ergibt sich im 40 nungsgasen entsteht und gewünschtenfalls gleich-Einzelfall aus den Eigenschaften des flüssigen Koh- zeitig auch Dampf erzeugt werden kann, ohne daß lenwasserstoffs, der Größe der Formkörper, dem eine beträchtliche Menge an Sauerstoff an die Form-Grad der Kontaktierung der Formkörper, der Ver- körper gelangt. Die durch die Masse von zu verkokungsgeschwindigkeit und dem für die Herstellung kokenden Formkörpern strömenden Verbrennungsder Formkörper angewandten Verfahren. Die erfor- 45 gase haben eine Temperatur über 800° C bis zu derlichen Mengen an Flüssigkeit sind im allgemeinen 1700° C, vorzugsweise zwischen 900 und 1450° C. um so größer, je größer die Formkörper und je Vorzugsweise werden die Mengen an zugeführter höher die Verkokungsgeschwindigkeiten sind und je Luft und auf den Wanderrost aufgebrachtem festem höher die Dichte der Formkörper in den unteren Brennstoff so gesteuert, daß der feste Brennstoff verBereichen ist. Wenn beispielsweise die Formkörper 50 braucht ist, wenn der Wanderrost an das Ende seines durch Pelletisieren hergestellt werden und mit hoher Laufweges gelangt, so daß zusammen mit den vorGeschwindigkeit verkokt werden sollen, so werden geformten Formkörpem nur Asche des festen Brenndie bevorzugten Erdölheizöle in Mengen von etwa stoffes in einen geeigneten (nicht gezeigten) Auf-15 bis 40 Teilen und insbesondere von etwa 20 bis nahmebehälter fällt. Die von dem Wanderrost abge-30 Teilen je 100 Teile Feststoff verwendet. Mit den 55 gebenen heißen Formkörper können noch flüchtiges vorzugsweise verwendeten Briketts werden gute Er- Material enthalten, das abgetrieben wird, wenn man gebnisse erzielt, wenn die Menge an den bevorzugten die heißen Formkörper kurze Zeit in diesem Auf-Heizölen etwa 3 bis 15 Teile und insbesondere etwa nahmebehälter hält, bevor sie abgeschreckt und ge-4 bis 10 Teile beträgt. Damit ein gutes Beschickungs- siebt werden.

material für Reduktionsofen erhalten wird, müssen 60 Die von den verkokten Formkörpern auf dem wenigstens 25 % des Trockengewichtes des zur Her- Wanderrost in Freiheit gesetzten flüchtigen Materiastellung der Formkörper verwendeten Gemisches aus lien werden von den heißen Verbrennungsgasen aufdem feindispersen Erz oder Gemischen von Erz und wärts geführt und können gewünschtenfalls in dem schlackenbildenden Materialien bestehen. Bei Ver- Dampferzeugungsgebiet 60 zur Erzeugung von wendung von mehr als etwa 65% des feindispersen 65 Dampf verwendet werden. Um die für die Dampf-Erzes sinkt die Festigkeit des Produktes, so daß es erzeugung erforderliche Wärme zu liefern, wird für metallurgische Zwecke ungeeignet wird. Die durch eine Anzahl Einlasse 61 bis 65 in den Seitenbesten Ergebnisse werden erzielt, wenn in dem Aus- wänden der Kokskammer und durch eine Anzahl

quer über dem Rost in Abständen voneinander angeordnete Einlasse 66 und 67 Sekundärluft eingeblasen. Diese Sekundärluft liefert Sauerstoff für die Verbrennung der aufsteigenden Gase, wodurch in dem Dampferzeugungsgebiet 60 mit den Verdampferrohren 68 und 69 eine Feuerkugel erzeugt und die für die Dampferzeugung erforderliche Wärme geliefert wird. Gewünschtenfalls können auch die von den Formkörpern, nachdem sie von dem Rost heruntergefallen sind, in Freiheit gesetzten flüchtigen Materialien in das Dampferzeugungsgebiet geleitet und dort verbrannt werden, um Wärme zu liefern. Die Menge an Luft, die aus den Luftkammern 32 bis 42 zugeführt wird, wird zweckmäßig im Zusammenhang mit der gewünschten Verbrennung des festen Brennstoffes auf dem entsprechenden Abschnitt des Rostes variiert. Die Menge an Luft wird so gesteuert, daß eine Überhitzung oder die Möglichkeit, daß beträchtliche Mengen an Sauerstoff durch das Bett des festen Brennstoffes an die zu verkokenden Formkörper gelangen, vermieden werden. Die zugeführten Luftmengen und die Verbrennung des festen Brennstoffes können so variiert werden, daß die Verkokungsgeschwindigkeit der verkokbaren Kohle in den Formkörpern gesteuert wird. Eine fortschreitende rasche, aber nicht zu rasche Verkokungsgeschwindigkeit wird gewöhnlich erreicht, wenn die Verbrennung des festen Brennstoffes in oder unmittelbar nach den mittleren Abschnitten des Wanderrostes erfolgt. Daher werden diesen Abschnitten vorzugsweise die größten Luftmengen und den Teilen des Rostes vor und nach diesen Abschnitten geringere Mengen zugeführt. Für eine vollständige Verbrennung des festen Brennstoffes muß dem Rost gewöhnlich Luft mit einer mittleren Geschwindigkeit von etwa 0,1 bis 0,3 kg je cm² Rostfläche je Stunde zugeführt werden. In der bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens, bei der ein Beschickungsmaterial für die Gewinnung von Eisen und gleichzeitig Dampf erzeugt wird, beträgt die Luftmenge zweckmäßig im Mittel 0,2 bis 0,3 kg je cm² Rostfläche je Stunde. Der Rost wandert vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,15 bis 1,2 m/min und insbesondere 0,3 bis 0,6 m/min.

Wichtig für den Erfolg des Verfahrens der Erfindung, insbesondere bei gleichzeitiger Dampferzeugung, ist, daß der obere Teil des Bettes von festem Brennstoff, das aus dem Füllstutzen 16 auf dem Wanderrost abgelagert wird, gleichmäßig und gründlich entzündet wird. Wie in F i g. 1 gezeigt, erfolgt eine gleichmäßige und gründliche Entzündung des festen Brennstoffs durch eine Zündeinrichtung 31 hinter dem Tor 17 dicht oberhalb des fortschreitenden Bettes von Brennstoff, das aus dem Füllstutzen 16 auf dem Rost abgelagert wird. Die Zündeinrichtung 31 erstreckt sich quer über das fortschreitende Brennstoffbett praktisch über dessen gesamte Breite und läßt eine Flamme hoher Geschwindigkeit direkt auf das fortschreitende Bett auftreffen, so daß eine breite Flamme etwa 1,2 bis 2,5 cm oder bis zu 10 bis 20% der Dicke des Bettes in dieses eindringt. Die Breite der Flamme an der Kontaktstelle beträgt zweckmäßig etwa 5 bis 10 cm, so daß die Flamme ausreichend lange auf den festen Brennstoff auftrifft, um ihn bis zu seinem Flammpunkt zu erhitzen. Beim Betrieb der Entzündungseinrichtung 31 wird ihr aus einer Hauptleitung 71 durch eine Anzahl in Abständen längs der Länge der Entzündungseinrichtung angeordneter Zuführungsleitungen 72 ein Heizgas-Luft-Gemisch zugeführt. Für die Entzündung können eine Anzahl verschiedener gasförmiger Brennstoffe, wie die natürlichen Kohlenwasserstoffgase, beispielsweise Methan, Äthan usw., und die Industriegase, wie Wassergas oder Generatorgas, verwendet werden. Vorzugsweise wird als Heizgas Naturgas mit einem Gehalt von etwa 90% Methan, 5% Äthan und 5 «/β Stickstoff verwendet. Dem Heizgas wird Luft

ίο mit einem Sauerstoffgehalt von etwa 21% zugemischt, und das Gemisch von Heizgas und Luft wird in die Zündeinrichtung eingeleitet, wobei die Luftmenge so gesteuert wird, daß eine ausreichende Menge an Sauerstoff, um das Heizgas vollständig zu

is verbrennen, geliefert wird. In den F i g. 2 und 3 ist eine Zündeinrichtung im einzelnen gezeigt. Diese Einrichtung weist ein Gehäuse 73 aus einem wärmeisolierenden Material, wie Magnesia, einen Kanal 74 für das Brennstoffgemisch, eine Verbrennungskammer 75 und eine Kühlzone 76 auf. Das Heizgas-Luft-Gemisch, das aus den Leitungen 72 in den Kanal 74 eintritt, wird unter einem Druck von vorzugsweise etwa 0,03 bis 0,1 kg/cm² durch einen langgestreckten engen Durchtrittsweg 77 in die erweiterte Verbrennungskammer 75, die von den Wänden 78 und 79, die ebenfalls aus einem wärmeisolierenden Material bestehen, gebildet wird, geführt. Das in der Kammer 75 entzündete Heizgas wird aus dieser Kammer als eine Flamme mit hoher Geschwindigkeit durch den konvergierenden Auslaß 81, der entweder eine gerade langgestreckte Auslaßöffnung oder ein konvergierender enger Durchtrittsweg, wie in F i g. 2 gezeigt, sein kann, ausgestoßen. Durch ein durch die Kühlzone 76 umlaufendes Kühlmittel wird eine Überhitzung der Zündeinrichtung und eine vorzeitige Entzündung des Brennstoffes in dem Kanal 74 verhindert. Geeignete Kühlmittel sind Luft, Dampf, Wasser und Naturgas, vorzugsweise Luft. Der Hauptteil der Entzündungseinrichtung 31 kann aus zusammengeschweißten Stahlteilen bestehen. Die Zündeinrichtung kann aus L-förmigen Teilen 83 und 84 und Platten 85, 86, 87, 88, 89, 90 und 91 hergestellt sein. Die Platte 91 ist mittels Schraubbolzen 92 mit der Platte 89 verbunden, so daß die Breite des Gaskanals 77 verstellt werden kann. Die Zündeinrichtung kann also in Halbabschnitten hergestellt werden, wodurch die Einbringung der wärmeisolierenden Teile 78 und 79 erleichtert wird, und nach Einbringen dieser Teile durch Zusammenschweißen der Hälften fertiggestellt werden. Die Zündeinrichtung 31 hängt an den Zuführungsleitungen 72, die beispielsweise in einer Zahl von 4 bis 6 längs eines Bettes mit einer Breite von etwa 7,5 m angeordnet sind, einstellbar 20 bis 30 cm über dem Bett aus festem Brennstoff auf dem Wanderrost.

Nach dem Verfahren der Erfindung können sowohl Erz als auch Koks enthaltende Beschickungsmaterialien für Reduktionsofen zur Herstellung von Metallen hergestellt werden. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß diese Beschickungsmaterialien mit außergewöhnlichen Geschwindigkeiten bei Verweilzeiten auf dem Wanderrost von nur etwa 10 bis 60 Minuten und gewöhnlich 20 bis 45 Minuten hergestellt werden können. Diejenigen Produkte des Verfahrens, die Eisenerz zusammen mit Koks enthalten, eignen sich hervorragend für eine Verwendung in Hochöfen zur Erzeugung von Eisen mit erhöhter Geschwindigkeit. Es sind harte, poröse,

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stoßfeste Materialien aus einer zusammenhängenden Koksphase, in der Eisenerz, das teilweise reduziert ist, so daß es magnetisierte Metalle anzuziehen vermag, dispergiert ist. Die Größe der Formkörper beträgt etwa 5 bis 130 und vorzugsweise 8,0 bis 65 cm³. Diese Formkörper haben eine Porosität von 10 bis 35 Volumprozent und gewöhnlich zwischen etwa 15 und 30%, eine außergewöhnlich hohe Kompressionsfestigkeit in der Größenordnung von etwa 20 bis 70 kg/cm², gewöhnlich etwa 35 bis 50 kg/cm², und ein spezifisches Gewicht zwischen etwa 1,2 und 2,0, gewöhnlich zwischen etwa 1,4 und 1,8. Der in den Formkörpern gebildete Koks ist von hoher Qualität mit einer für metallurgische Zwecke geeigneten Festigkeit und Formbeständigkeit und einem geringen Aschegehalt von weniger als etwa 10 "/», gewöhnlich weniger als etwa 9%. Weitere oxydische Erze, die nach dem Verfahren der Erfindung zu einem Beschickungsmaterial für Reduktionsofen zur Gewinnung des darin enthaltenen Metalls verwendet ao werden können, sind beispielsweise chromitische Erze

für die Gewinnung von Chro1öriiind~FerrochrOirr, ~

Nickel enthaltende Erze für die Herstellung von Ferrolegierungen, manganhaltige Erze für die Herstellung von Ferromangan und Siliciumdioxyd für die Herstellung von Ferrosilicium. Auch Phosphaterze können in den Formkörpern verwendet werden, so daß das Produkt für die Herstellung von Phosphor oder Phosphorpentoxyd verwendet werden kann.

Claims (21)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines aus Körpern hoher Festigkeit bestehenden, Eisenerz und Koks enthaltenden Beschickungsmaterials für Reduktionsofen, wobei ein Gemisch mit 35 bis 75 % verkokbarer Kohle und Eisenerz, das noch einen flüssigen Kohlenwasserstoff enthält, unter Verkokungsbedingungen erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch in an sich bekannter Weise vor dem Verkoken zu Formkörpern vorgeformt wird und daß die Formkörper 3 bis 40 Gewichtsteile je 100 Teile an Feststoffen an einem flüssigen Kohlenwasserstoff, der während der Verkokung der Kohle kontinuierlich an der Oberfläche der Formkörper vergast werden kann, enthalten und bevorzugt in an sich bekannter Weise kontinuierlich in einer flachen Schicht durch eine Verkokungszone geführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein solcher flüssiger Kohlenwasserstoff in den Formkörpern verwendet wird, daß er zu einem großen Teil vergast wird, wenn die Formkörper auf 260 bis 600⁰C erhitzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Kohlenwasserstoff bei Temperaturen über 370° C in einem Bereich von 150° C destilliert.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Kohlenwasserstoff ein Mineralöl ist, zu dessen Vergasung eine Wärmemenge von wenigstens 750 kcal/kg erforderlich ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Kohlenwasserstoff ein Mineralöl ist, zu dessen Vergasung eine Wärmemenge von wenigstens 850 kcal/kg erforderlich ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mineralöl Heizöl Nr. 6 ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verkokbare Kohle eine Kohle mit einem hohen Gehalt an flüchtigem Material und einem Sauerstoffgehalt von wenigstens 7%, bestimmt durch Analyse nach ASTM-Test D-271-58, ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper kontinuierlich in eine Heizzone eingeführt und mit solcher Geschwindigkeit durch diese Heizzone geführt werden, daß die Kohle verkokt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus festem Brennstoff auf ein kontinuierlich fortschreitendes Bett aufgebracht wird, der feste Brennstoff entzündet wird, eine Schicht aus den Formkörpern auf die Schicht aus festem Brennstoff aufgebracht wird und der feste Brennstoff unter solchen Bedingungen verbrannt wird, daß die Kohle verkokt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Brennstoff auf ein kontinuierlich fortschreitendes durchlässiges Bett aufgebracht wird und Sauerstoff mit ausreichender Geschwindigkeit dem festen Brennstoff durch das durchlässige Bett zugeführt wird, um den entzündeten Brennstoff zu verbrennen, ohne daß die zu verkokende Kohle entzündet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper durch heiße Verbrennungsgase, die von der Schicht aus festem Brennstoff aufsteigen, erhitzt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase eine Temperatur von 800 bis 1700° C haben.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Sekundärluft mit den von der Verkokungsanlage aufsteigenden heißen Gasen vermischt wird, die Gase verbrannt werden und die dabei frei werdende Wärme zum Erhitzen von Wasser oder zur Erzeugung von Dampf verwendet wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffe in den Formkörpern ein feindisperses Flußmittel enthalten.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Erz in der Form von Feinteilchen verwendet wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Erz und Flußmittel mit einer Teilchengröße unter 50 Maschen Tyler Standard verwendet werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Erz und Flußmittel zu 70% mit einer Teilchengröße unter 200 Maschen Tyler Standard verwendet werden.

18. Verfahren nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß Eisenerz und Flußmittel in einem Mengenverhältnis von 8:1 bis 1:1 verwendet werden.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle in den Formkörpern in einer Menge von 45 bis 65 Gewichtsprozent der Gesamtfeststoffe verwendet wird.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Kohlenwasserstoff in den Formkörpern in einer Menge von 4 bis 10 Gewichtsteilen je 100 Teile Feststoffe anwesend ist.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper Pellets sind, die 20 bis 30 Gewichtsteile flüssigen Kohlenwasserstoff je 100 Teile Feststoffe enthalten.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschrift Nr. 1116 252; österreichische Patentschrift Nr. 198 229.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen