DE1262311B - Verfahren und Vorrichtung zum Reduzieren von Eisenoxyden (Konzentraten) zu Eisenschwamm - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Reduzieren von Eisenoxyden (Konzentraten) zu Eisenschwamm Die Erfindung betrifft ein Verfahren und zur Ausübung der Verfahren geeignete Vorrichtungen zum Reduzieren von Eisenoxyden jeglicher Oxydationsstufen, vornehmlich Konzentraten, zu Eisenschwamm. durch Erhitzen der zuvor agglomerierten, z. B. brikettierten oder pelletisierten Eisenoxyde in einem Drehrohrofen mit einem Überschuß an festen Reduktionsmitteln und mit auf dem Mantel des Ofens verteilten Brennern, die einen wesentlichen Anteil der erforderlichen Reaktionswärme liefern.
• Aufgabe und Ziel der Erfindung liegen einmal darin, das bisher als notwendig erachtete Härten der Agglomerate (Briketts oder Pellets) vor Aufgabe derselben in den Drehrohrofen zur Reduktion überflüssig zu machen; zum anderen darin, den Korngrößenbereich der Agglomerate, der in der Praxis bei dieser Art der Reduktion im. Drehrohrofen in den Grenzen von 6 bis 15 mm Durchmesser gehalten wurde (vgl. kanadische Patentschrift 617 445, USA.-Patentschrift 3 029 141), wesentlich nach oben und unten zu erweitern, so daß beispielsweise bei der bekannten Pelletisierung der Konzentrate in Trommeln der Rücklauf des Unterkorns wesentlich verringert, wenn nicht ganz überflüssig wird; schließlich darin, einen besonders leicht und hochgradig reduzierbaren und gegebenenfalls anschließend brikettierbaren Grünpellet zu schaffen. Die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten und reduzierten Agglomerate (Pellets) sind auf Grund ihrer Festigkeit und Mikroporosität besonders für den Einsatz in Hochöfen, Kupolöfen, Siemens-Martin-öfen, Elektro-Lichtbogen und Induktionsöfen sowie Sauerstoff-Konvertern geeignet.
• Über die Herstellung der plastisch verformbaren, feuchten sogenannten Grünpellets ist von K urt Meyer in der Zeitschrift »Stahl und Eisen«, 1956, S. 588 bis 595, und 1962, S. 147 bis 154, berichtet worden. Von diesem Stand der Technik geht im wesentlichen die vorliegende Erfindung aus. Danach sind drei Härtungsverfahren, nämlich das Brennen im Schachtofen, auf Wanderrost und Drehofen sowie auf gas- oder ölbeheiztem Sinterband bekannt (a. a. 0. 1962, S. 148).
• Dieses bekannte Härten der Grünpellets oder ähnlicher Agglomerate entfällt nach der Erfindung in einem mit auf seinem Mantel verteilten Winkelbrennern zur Einstellung der Gasatmosphäre im Ofen versehenen Drehrohrofen als Vorstufe für die anschließende Reduktion dadurch, daß die bekannte Aufheizzone in einem solchen Drehrohrofen für das schnelle Aufheizen der in feuchtem, plastisch verformbarem Zustand unmittelbar eingebrachten Agglomerate vorzugsweise auf die Reduktionstemperatur (1100' Q unter Vermeidung des Hartbrennens der Agglomerate verwendet wird, wobei ein wesentlicher Anteil der Reakionswärme von den Brennern geliefert wird. Versuche haben überraschend gezeigt, daß es möglich ist, die feuchten Agglomerate bzw. pIastisch verformbaren Grünpellets unmittelbar in den Reduktionsdrehrohrofen mit über die Länge des Ofens verteilten Winkelbrennern aufzugeben, ohne daß durch die mechanische Beanspruchung und plötzliche Wasseraustreibung durch Erhitzen eine Zerstörung der plastischen Pellets eintritt, was zu erwarten gewesen wäre. Dabei kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der Wassergehalt der Agglomerate (Grünpellets) noch so weit erhöht werden, als die Formbeständigkeit des jeweils verwendeten Ausgangsgutes (Konzentrates) beim Pelletisieren erlaubt, beispielsweise auf 1211/o Wassergehalt bei hochkonzentrierten Eisenoxyden. In Verbindung mit diesem zusätzlichen Wassergehalt oder auch ohne denselben kann der feuchte Grünpellet vor oder bei der Aufgabe auf den Drehrohrofen mit einer Brennstoffschicht umgeben (eingepudert) werden.
• Durch die unmittelbare Eintragung der feuchten, nicht vorgetrockneten oder vorgewärmten Agglomerate bzw. Grünpellets in den Drehrohrofen als Reduktionsofen wird ein neuartiger Formling bzw. Pellet erzeugt, der gegenüber dem hartgebrannten Pellet nach der Reduktion eine bedeutend höhere Mikroporosität und damit ein geringeres scheinbares spezifisches Gewicht (Dichte) in der Größenordnung von etwa 1,3 g7cm3 besitzt und trotzdem eine deutlich höhere Festigkeit und einen wesentlich höheren Reduktionsgrad in Verbindung mit einer klaren Leistungssteigerung (30%) bei gleicher Stückigkeit (Korngröße) des Einsatzgutes. Gleichzeitig sinkt die Abgastemperatur infolge der starken Wasserverdamp-C tD fung am Eintrittsende des Drehrohrofens auf beispielsweise 5501 C bei der eifindungsgemäßen Aufgabe von Grünpellets gegenüber 7000 C bei der bisher üblichen Aufgabe von gebrannten Pellets. Aus der deutschen Auslegeschrift 1058 080 (bekanntgemacht und ausgegeben am 27. Mai 1959 und jetzt abandonniert) ist es bekannt, die feuchten Oxyde in einer Drehtrommel in Form von Pellets zu agglomerieren und getrocknet, wodurch bekanntlich eine Festigkeitssteigerung eintritt, einem Drehofen zuzuführen, in welchem sie allmählich auf annähernd 1070' C erhitzt werden (vgl. das Beispiel a. a. 0. Spalte 4, Zeilen 22 bis 66). Hierbei entstand nach vierstündiger Ofenreise ein harter, aus Schwammeisen bestehender Pellet, der jedoch geschrumpft war, so daß seine scheinbare Dichte von etwa 2,5 g/cm3 auf etwa 3,2 g/cm3 gestiegen war. Diese Schrumpfung bzw. dieses Ansteigen des scheinbaren spezifischen Gewichts tritt bei dem Verfahren nach der Erfindung infolge der Art des Aufheizens der Grünpellets unter Begrenzung der Brenntemperatur unterhalb der für das Hartbrennen notwendigen Temperatur nicht auf.
• Während bei dem bekannten Brennen der Pellets außerhalb des Reduktionsofens ein Kristallwachstum zu einer Komvergröberung führt bzw. die Bindung durch Verschlackung eingesetzt, treten diese beiden Erscheinungen bei dem Verfahren nach der Erfindung nicht auf, wodurch eine höhere Reduktionsgeschwindigkeit bei gleichzeitig höherer Mikroporosität erreicht wird.
• Ferner bildet sich, wie gefunden wurde, durch die schnell einsetzende Reduktion der Oxyde zu metallischem Eisen ein elastischer, sehr poröser Metallmantel, der gegenüber den vorgebrannten Pellet5 dem weiteren Eindringen der Reduktionsgase nicht hinderlich, sondern nur förderlich ist, da er dem Pellet die überraschende Festigkeit verleiht, die seine ursprüngliche Porosität nach Austreibung des Wassers aufrechterhält und in dem bereits genannten Dichtebereich von etwa 1,3 g/cm3 seinen Ausdruck findet.
• Der nach dem Verfahren der Erfindung reduzierte Fornfling bzw. Grünpellet läßt sich gegenüber dem vorgebrannten und dann reduzierten Pellet bedeutend leichter zu einem Brikett mit dichter, glatter Oberfläche und entsprechend geringerer Neigung zum Rosten zusammenpressen. Er ist aber auch in gleicher Weise durch Zerkleinern auf Eisenpulver mit Vorteil zu verarbeiten, da die eingangs erwähnte Kristallstruktur bei der großen Mikroporigkeit der Zerkleinerung zu Hilfe kommt.
• An Stelle des eingangs zum Stand der Technik erwähnten engen Komgrößenbereichs der in der Praxis heraestellten Grünpellets können und werden die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendeten Grünpellets in einem wesentlich größeren Kornorrößenbereich, beispielsweise etwa 3 bis 25 mm Durchmesser und darüber, hergestellt und in den Reduktionsdrehofen feucht und gegebenenfalls mit einem überschüssigen Wassergehalt eingebracht, wobei dieser Drehofen vorzugsweise mit Winkelbrennem über seine Länge verteilt ausgestattet ist, deren Mündungen in axialer Richtung im Gegenstrom zu den Ofengasen gestellt sind. Nach dem bereits erwähnten Merkmal der Erfindung empfiehlt es sich, die feuchten Grünpellets mit einer Schicht aus Reduktionsmittel (Koks, Kohle) zu umgeben, bevor sie in den Reduktionsolen eingebracht werden. Dabei kann auch ein Teil des für die Reduktion erforderlichen festen Brennstoffs in die Formlinge bzw. Pellets eingearbeitet werden, was beispielsweise etwa in den Grenzen zwischen 10 bis 4011/o des Reduktionsbrennstoffs möglich ist. Beide Maßnahmen können unmittelbar am Eintragsende des Drehrohrofens leicht durchgeführt werden, indem beispielsweise der bekannte Drehteller mit .Puderrand oder die bekannte Drehtrommel oder ein Vibrator als Aufgabevorrichtung vorgebaut wird. Bei Verwendung einer Drehtrommel kann dieselbe im Innern mit einer fest angeordneten Transportschnecke versehen werden und die Umdrehungszahl der Trommel gegenüber dem Drehrohrofen erhöht werden. Bei allen Aufgabevorrichtungen dieser Art kommt es auf eine schonende Behandlung der plastischn und gegebenenfalls absichtlich mit hohem Wassergehalt eingetragenen Grünpellets an, wozu die Einbettung in den festen Brennstoff für die Reduktion während des Eintragens beiträgt.
• Aus der USA.-Patentschrift 2 829 042 ist eine axiale Stellung der Mündungen von Winkelbrennern im Gleichstrom zu den Ofengasen und im Gegenstrom zum Aufgabegut bekannt. Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird dagegen im allgemeinen mit der umgekehrten Stellung der Winkelbrenner, d. h. _im Gegenstrom zu den Ofengasen gearbeitet. Ferner werden die Winkelbrenner nicht mit einem vorgewärmten Gas-Luft-Gemisch beaufschlagt, sondern nach Art von Schweißbrennern betrieben, indem der Winkelbrenner aus zwei koaxialen Brennerrohren besteht, wobei das äußere Rohr der regelbaren Luftzufuhr unter überdruck und das innere Rohr der regelbaren Gaszufuhr dient. Dadurch kann die Ofenatmosphäre in weiten Grenzen beliebig eingestellt werden. Schließlich ist es möglich, beispielsweise die Brennermündungen in der Aufheizzone radial zur Ofenachse oder unter einem Winkel zur Ofenachse zu stellen, um eine möglichst schnelle Wasserverdampfung aus den Grünpellets hier hervorzurufen. Ausführungsbeispiel 12 An Hand eines Ausführungsbeispieles sei der Gegenstand der Erfindung des Näheren erläutert, wobei an Stelle von Hämatit natürlicher oder künstlicher Magnetit üi Pelletform Verwendung gefunden hat, weil sich gezeigt hat, daß gerade der schwer reduzierbare Magnetit durch das Eintragen als Grünpellet unmittelbar in die Aufheizzone des Drehrohrofens einen überraschend hohen Reduktionsgrad erreicht.
• Ein Eisenerzkonzentrat (Gesamt-Fe 69 bis 69,5"/o, Schwefel 0,15 bis 0,2114), das als natürlicher Magnetit vorkommt, wurde auf dem Pelletisierteller unter Wasserzugabe zu Pellets von 8 bis 25 mm Durchmesser geformt. Als Bindemittel wurden 0,5% Bentonit zugegeben. Die Pellets wurden in einem feuchten Zustand, d. h. mit einem Wassergehalt von 7% zusammen mit Koksgrus als Reduktions- und Dolomit als Entschwefelungsmittel in einen mantelbeheizten Drehrohrofen gegeben. Der Ofen war 9 m lang bei 0,5 in lichtem Durchmesser. Sechs Mantelbrenner waren auf dem Ofenmantel als Winkelbrenner in ungefähr gleichen Abständen verteilt. Der Ofen wurde mit Stadtgas beheizt und jede Stunde folgende Naßgewichte aufgegeben:

  66 kg Grünpellets ......... 10 bis 25 mm

  40 kg Koksgrus ........... 0 bis 10 mm

  3 kg Dolomit ............ 1 bis 3 mm

  Die Pellets wurden 4 bis 5 Stunden im Drehrohrofen bei einer Temperatur von 11001 C reduziert, in eine Kühltrommel ausgetragen und dort eine Stunde auf Außentemperatur abgekühlt. Das Schwammeisenprodukt wurde von der überschüssigen Kohle und dem Entschwefelungsmittel durch Siebung und Magnetscheidung trocken abgetrennt. Die Analyse ergab:

  Gesamt Fe ..................... 97,00/0

  Metallisches Fe ................. 95,0%

  s .............................. 0,030/0

  C .............................. 0,05010

  Das Erz wurde also zu 98% zu metallischem Eisen reduziert, was einem Reduktionsgrad von rund 9911/o entspricht. Der Feinanteil im Schwammeisenprodukt, d. h. der Anteil unter 8 mm betrug 35 Oh, er lag damit in der gleichen Größenordnung wie der Feinanteil, der bei der Reduktion von gebrannten Magnetitpellets gleicher Herkunft entstand. Da die Grünpellets in gleicher Weise wie die gebrannten Pellets in den Drehofen eingetragen wurden, ist dieser Feinanteil auf mechanische Beanspruchung vor der Reduktion zurückzuführen, während der Feinanteil bei der Reduktion von gebrannten Pellets durch Zerfall während der Reduktion erklärt werden muß. Die Oberfläche der ausgetragenen Pellets war vollkommen glatt und der Pellet selbst sehr porös. Das Porenvolumen lag unabhängig von der Korngröße bei 83 %. Das Volumgewicht des Pellets war damit übereinstimmend sehr niedrig und betrug 1,3 g/cm3. Dagegen wurde das wahre spezifische Gewicht mit 7,4 g CM3 ermittelt, ebenfalls unabhängig von der Korngröße entsprechend dem hohen Reduktionsgrad von 99 %. Trotz des geringen Volumgewichts waren die Pellets fester als Magnetit-Pellets gleicher Größe, die vor ihrer Reduktion gebrannt worden waren. So platzten reduzierte Grünpellets von 15 bis 20 mm Durchmesser erst bei einem Druck von 56 kg/Pellet, während die entsprechenden Werte vorher gebrannter Pellets bei 41 kg/Pellet lagen. Reduzierte Grünpellets mit über 20 mm Durchmesser konnten bis zu 100 kg/Pellet belastet werden, bevor sie zerbrachen.
• Das unmittelbar aus Grünpellets gewonnene Schwammeisenprodukt ließ sich sehr leicht brikettieren. Bei einem Druck von 2,5 t/CM2 wurde ein Volumgewicht von 4,5 g cm3 erreicht. Im Gegensatz zu Briketts aus gebrannten Pellets war die Oberfläche der Briketts aus reduzierten ungebrannten Pellets vollkommen glatt; die Korngrenzen der verwendeten Pellets waren nicht mehr zu erkennen.
• Der guten Brikettiereigenschaft der Pellets parallel ging die leichte Mahlbarkeit; nach Vorzerkleinerung auf unter 2 mm in einer Prallmühle wurde in einer Stabmühle innerhalb kurzer Zeit bis auf eine Korngröße unter 0,04 mm aufgemahlen.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung und Vorrichtung zum unmittelbaren Eintragen der Grünpellets in den Drehrohrofen bzw. dessen Aufheizzone dargestellt. Rechts oben in der Zeichnung ist der bekannte Pelletisierteller 1 mit Puderrand 2 dargestellt, auf dem die Grünpellets hergestellt und mit einer Puderschicht aus festem staubförmigem Brennstoff beispielsweise versehen werden. Diese Grünpellets fallen unmittelbar - durch den Pfeil 3 angedeutet - in die Aufgabevorrichtung 4, die durch den Ofenkopf 5 des Drehrohrofens 6 geht und in der Zeichnung als Vibrator dargestellt ist, wobei dieser gegen den Ofenkopf an der Durchführung gasdicht und elastisch abgedichtet ist. Der feste Reduktionsbrennstoff in bekannter Körnung wird rechts am äußersten Ende 7 der Aufgabevorrichtung aufgegeben, so daß die Grünpellets, sei es mit oder ohne Puderkohle in dieses Brennstoffbett fallen und mit ihm in den Drehrohrofen gelangen. Als letzte Aufgabe ist die bekannte Zugabe von Entschwefelungsmittel (Kalkstein, Dolomit) kurz vor dem Ofenkopf bei 8 vorgesehen. Die heißen Abgase - durch Pfeile 9 und 10 angedeutet - umspülen die Aufgabevorrichtung 4 (Vibrator oder Drehtrommel), wodurch bereits während der Eintragung die Trocknung der Pellets (nicht gezeichnet) einsetzt.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Reduzieren von Eisenoxyden (Konzentraten) zu Eisenschwamm durch Erhitzen der zu Agglomeraten, wie Briketts oder Pellets geformten Eisenoxyde in einem Drehrohrofen mit überschuß an festem Reduktionsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß die in bekannter Weise hergestellten Agglomerate (Grünpellets) in feuchtem, plastisch verformbarem Zustand unmittelbar in einen mit auf seinem Mantel verteilten Winkelbrennern zur Einstellung der Gasatmosphäre im Ofen versehenen Drehrohrofen eingebracht und in der Aufheizzone dieses Ofens auf eine unterhalb der für das Hartbrennen der Pellets außerhalb des Ofens erforderliche Temperatur, vorzugsweise auf die Reduktionstemperatur (1100'C), schnell erhitzt werden, wobei ein wesentlicher Anteil der Reaktionswärme von den Brenneren geliefert wird.
2. 2. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassergehalt der Agglomerate (Grünpellets) so weit erhöht wird, wie es mit Rücksicht auf die Erhaltung ihrer Formgebung möglich ist. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate bzw. Grünpellets vor oder vorzugsweise bei ihrer Aufgabe in den Drehrohrofen -mit einer Schicht aus Reduktionsmittel umgeben werden, wobei gegebenenfalls zweistufig erst eine Einpuderung mit staubförmigem Brennstoff und dann eine Einbettung im kömigen Brennstoff vorgenommen werden kann. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des für die Reduktion verwendeten festen Brennstoffs bereits in die Grünpellets eingearbeitet wird. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grünpellets in einem Korngrößenbereich zwischen etwa 3 bis 25 mm und darüber hergestellt und in den Drehrohrofen aufgegeben werden. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehrohrofen mit Winkelbrennern nach Art von Schweißbrennern beheizt wird, wobei die Mündungen der Winkelbrenner in der Reduktionszone im Gegenstrom zu den Ofengasen axial gestellt sind, wogegen die Mündungen der Winkelbrenner in der Aufheizzone radial oder spitzwinklig zur Ofenachse eingestellt werden können. 7. Verfahrennach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn eichnet, daß die Grünpellets aus Konzentraten von natürlichem oder künstlichem Magnetit hergestellt werden. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierten und gekühlten Pellets brikettiert werden. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierten Pellets zu Eisenpulver verarbeitet werden. 10. Verwendung der nach den Ansprüchen 1 bis 7 hergestellten und reduzierten Grünpellets für die Reduktion im Hochofen. 11. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch die unmittelbare Anordnung einer Pelletisiereinrichtung vor der öffnung des Reduktions-Drehrohrofens. 12. Vorrichtung nach Ansprach 11, gekennzeichnet durch eine Drehtrommel, die in die Aufheizzone des Drehrohrofens hineinragt und mit Einrichtungen zur Erhöhung der Umdrehungsgeschwindigkeit gegenüber der Geschwindigkeit des Drehrohrofens versehen ist. 13. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Pelletisierteller mit Puderrand und einem anschließenden Vibrator als Aufgabevorrichtung vor dem Drehrohrofen, wobei feste Reduktionsmittel und Entschwefelungsmittel stufenweise und räumlich nacheinander aufgegeben werden können.