DE1433293A1 - Continuous process of making steel from iron ore - Google Patents
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L'Air Liquide, Societe Anonyme pour 1'Etude et !'Exploitation des Procßdes Georges Claude, 75, <^uai d'Orsay, Paris (7e)L'Air Liquide, Societe Anonyme pour 1'Etude et! 'Exploitation of the Procßdes Georges Claude, 75, <^ uai d'Orsay, Paris (7e)
Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Stahl aus EisenerzContinuous process of making steel from iron ore
Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur direkten Herstellung von geschmolzenem Stahl in geregelter Zusammensetzung aus Eisenerz unter Verwendung eines ortsfesten Ofens mit einem ringförmigen Herd. Verfahren zur unmittelbaren Stahlherstellung aus Eisenerz lassen sich im allgemeinen in zwei Klassen einteilen: die Niedertemperaturverfahren, die unterhalb des Schmelzpunktes des Metalles arbeiten, und die Hochtemperaturverfahren die oberhalb dieser Schmelztemperatur arbeiten· Die Niedertemperaturverfahren haben den Vorteil, daß sie ein günstiges Energiegleiohgejricht bieten, da sie im allgemeinen in der Lage sind wirksamen Gebrauch von den reduzierenden Eigenschaften des Kohlenmonoxyds bei Temperaturen im Bereich von etwa 600° bis 800° C zu machen. Sie verlaufen jedoch im allgemeinen langsam und führen daher selbst nicht ohne weiteres zu einem Betrieb von hoher spezifischer Produktion dJi., einem Betrieb, bei dem die Tonnenleistung am in der Zeiteinheit' hergestellte« Metall im Verhältnis zum Ausmaß der Anlage groß ist. Sie haben auch häufig den weiteren Nachteil,The invention relates to a continuous process for the direct production of molten steel in a controlled manner Composition of iron ore using a fixed furnace with an annular hearth. Procedure for Direct steel production from iron ore can generally be divided into two classes: the low-temperature processes, those below the melting point of the metal work, and the high-temperature processes that work above this melting temperature · The low-temperature processes have the advantage of providing inexpensive energy balancing since they are generally capable of making effective use of the reducing properties of the Carbon monoxide at temperatures in the range of about 600 ° to make up to 800 ° C. However, they are generally slow and therefore do not lead easily by themselves a company of high specific production dJi., a Operation in which the tonnage is on in the time unit ' produced «metal is large in relation to the size of the plant. They also often have the further disadvantage
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daß ein schwammartigeβ Metall entsteht, das für allgemein· Verwendung nicht geeignet ist und eine anschließende Schmelzung bei hoher !Temperatur erfordert. Dadurch werden die Torteile des anfänglichen Niedertemperaturbetriebes aufgewogen.that a spongyβ metal is formed, which is generally used Use is unsuitable and requires subsequent melting at a high temperature. This will make the gate parts outweighed the initial low temperature operation.
Andererseits wird die Wirksamkeit der Hochtemperaturverfahren im allgemeinen wohl verbessert, wenn das JSrz vorerhitzt und vorzugsweise auch mindestens teilweise in einer Vorstufe vorreduziert wird.On the other hand, the effectiveness of the high temperature process generally well improved if the JSrz is preheated and preferably also at least partially in a preliminary stage is pre-reduced.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt eine hochspezifische Produktion in einem ortsfesten Ofen mit ringförmigen Herd durchführbar zu machen, die sich auch leicht mit einem kontinuierlichen Giessbetrieb verknüpfen läßt. Ferner ist das Ziel der Erfindung ein Reduktionsverfahren, das in der Lage ist, ein. Gas~mit einem möglichst hohen Verhältnis von Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd in geeigneten Mengen für den Betrieb eines Vorheiz- und Vorreduzierofens zu liefern. Im idealen Fall soll das Gas vorzugsweise beinahe reines fifonoxyd sein.The invention has set itself the task of a highly specific one To make production in a stationary furnace with a ring-shaped hearth feasible, which is also easy to do with a can be linked to continuous casting. Furthermore, the object of the invention is a reduction method, which is in the Is able to a. Gas ~ with the highest possible ratio of Carbon monoxide to carbon dioxide in appropriate amounts for the Operation of a preheating and prereduction furnace. in the ideally the gas should preferably be almost pure fifonoxide be.
Demgemäß besteht das Verfaiiren der Erfindung darin, daß man Accordingly, the invention is practiced by
a) ein Bad aus geschmolzenem Eisen bildet und dieses ununterbrochen in einem geschlossenen Kreislauf bei geregelter Geschwindigkeit kreisen läßt,a) forms a bath of molten iron and contributes this continuously in a closed circuit revolves at a regulated speed,
b) kontinuierlich in eine erste Zone dieses Bades zerkleinertes Eisenerz, vorzugsweise in vorerhitztem und vorreduziertem Zustande, und-ein Redziermittel einspritzt, ·;:·..■-.·.- b) continuously crushed iron ore in a first zone of this bath, preferably in a preheated and prereduced state, and a reducing agent is injected, ·;: · .. ■ -. · .-
c) dem Eisenbad in ausreichender Menge zur Aufrechterhaltung seines thermischen Gleichgewichts Wärme zuführt undc) heat to the iron bath in sufficient quantity to maintain its thermal equilibrium feeds and
d) geschmolzenen Stahl als neues Metall von einer zweiten Zone des Bades abzieht.d) withdrawing molten steel as new metal from a second zone of the bath.
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Vorzugsweise kann der geschmolzene Stahl kontinuierlich zum Beispiel durch Abzapfen des Ofens unmittelbar in eine kontinuierliche Giessform abgezogen werden.Preferably, the molten steel can continuously, for example, by tapping the furnace directly into a continuous casting mold can be withdrawn.
Ein besonders wichtiges Erfordernis ist, daß man das thermische Gleichgewicht des Bades aufrecht erhält. Dem Bad kann Wärme aus verschiedenen Quellen,z.B. als Elektrizität, zugeführt werden je naoh-dem,wie sie zu günstigen Kosten zur Verfügung steht; aber gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung soll , so-fern die·gesamte Wärme oder ein Anteil hiervon durch Verbrennen eines Brennstoffes erhalten,wird, dieser mit einem Oxydationsgas mit 60 bis 100 Vol.-^ Sauerstoff verbrannt werden. Diese hohe Sauerstoffkonzentration hat den Vorteil, daß das * Volumen der Verbrennungsgase verringert wird, woraus sich ein sehr günstiges Verhältnis von verfügbarer Wärme zur Gesamtwärmeabgabe und infolgedessen eine hohe spezifische Stahlproduktion ergeben. Auch bietet sie den Vorteil der Lieferung von Verbrennungsgasen in denen Kohlenmonoxyd weniger durch inerten Stickstoff verdünnt ist. Solche reichen Gase sind hoch wirksam in einem Vorerhitzungs- und Vorreduzierofen.A particularly important requirement is that the thermal Maintains the balance of the bath. The bath can receive heat from various sources, e.g. as electricity depending on how it is available at a reasonable cost; but according to an important feature of the invention, if all or a portion of the heat comes from burning a fuel is obtained, this is burned with an oxidizing gas with 60 to 100 vol .- ^ oxygen. This high oxygen concentration has the advantage that the volume of the combustion gases is reduced, which results in a very favorable ratio of available heat to total heat output and consequently a high specific steel production result. It also offers the advantage of delivering combustion gases in which carbon monoxide is less through inert nitrogen is diluted. Such rich gases are highly effective in a preheat and prereduction furnace.
Normalerweise werden sie in überschüssigen Mengen über denUsually they are used in excess amounts
,. .be Bedarf des Vorreduzierofens erzeugt und der Überschuss/ deutet ein Aktivum für den Gesamtbetrieb wegen des ausgezeichneten wirtschaftlichen Wertes solcher refahen Gase als Brennstoff, sowie als Rohmaterial für die Erzeugung von Chemikalien wie, beispielsweise Wasserstoff, Ammoniak und Methanol.,. .be requirement of the pre-reducing furnace generated and the excess / indicates an asset for the whole operation because of the excellent economic value of such near gases as fuel, and as a raw material for the production of chemicals such as, for example, hydrogen, ammonia and methanol.
Um die Zusammensetzung des aus dem Bad abgezogenen Stahls richtig zu steuern, umfasst das Verfahren nach der Erfindung ferner folgende Merkmale:In order to properly control the composition of the steel withdrawn from the bath, the method according to the invention comprises also the following features:
a) Die Badmasse beträgt zwischen etwa dem 5 und 30fachem der Masse des je Stunde aus dem Bad abgezogenen Metalls,a) The bath mass is between about 5 and 30 times the mass per hour from the bath stripped metal,
b) der Badfluss entspricht etwa zwischen dem 4 und 2Ofachem des Flusses. des abgezogenen neuen Metallsb) the bath flow corresponds approximately between the 4 and Twenty times the river. of the withdrawn new metal
c) die Umlaufgeschwindigkeit des Bades beträgt höchstens 10 cm je Sekunde.c) the speed of rotation of the bath is a maximum of 10 cm per second.
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Diese Maßnahmen sichern, daß die Konzentration von Erz und Reduziermittel, f.elöst im Bad niedrig beispielsweise inr Bereich von etwa nur 1$ bleibt, so daß sich zusätzliches Material rasch auflöst und rasch im Bad reagiert und ferner ~ daß alle Umsetzungen stromaufwärts von der Stahlgießsteil« beendet sind. Um diese Reaktionen weiter zu beschleunigen, kann ein Rührgas mit Vorteil in das geschmolzene Bad einge* blasen v/erden. Dies kann in solcher Weise erfolgen, daß de* Kreislauf des Bades befördert wird. Der größere. Teil der zur Aufrechterhaltung der Badkreisbewegung notwendigen "kinetischen Lnergie wird jedoch vorzugsweise von den Feststoffen und dem in das Bad eingebrachten Fließmittel, insbesondere von ' den Verbrennungsprodukten geliefert, die durch Verbrennung unter Eintauchen innerhalb des Bades entwickelt werden. Um- eine übermäßige Durchwirbelung zu vermeiden, soll ein kritisches Verhältnis zwischen dem Volumen vom aus der Badoberfläche aufsteigendem Gas und der Oberflächengröße nicht überschritten werden. Infolgedessen soll der Bereich dieser Oberfläche mindestens 5m /m , aus dieser Oberfläche in der Sekunde austretenden G-ases, betragen.These measures ensure that the concentration of ore and reducing agent dissolved in the bath remains low, for example in the range of only about 1 $, so that additional material dissolves quickly and reacts quickly in the bath, and furthermore that all reactions are upstream of the steel casting «Are finished. In order to accelerate these reactions further, a stirring gas can advantageously be blown into the molten bath. This can be done in such a way that the circulation of the bath is promoted. The bigger one. However, part of the kinetic energy necessary to maintain the bath's circular motion is preferably supplied by the solids and the superplasticizer introduced into the bath, in particular by the combustion products which are developed by combustion with immersion within the bath. In order to avoid excessive turbulence, a critical ratio between the volume of the gas rising from the bath surface and the surface area should not be exceeded, so the area of this surface should be at least 5m / m, gases emerging from this surface per second.
Außerdem oder statt dessen kann man das Bad duroh folgend· Maßnahmen im Kreislauf halternIn addition, or instead of this, you can continue to use the bath Keep measures in the cycle
a) elektromagnetisches Pumpena) electromagnetic pumping
b) durch Vakuum unterstützte Saugheberwirkungb) siphon effect supported by vacuum
c) eine Vereinigung von durch Vakuum unterstützter Saugheberwirkung mit dem luftriebseffekt, d«n man durch Emulgierung des geschmolzenen letalle· mit einem von unten in feinen Fädchen eingeblaeenen Gasstrom erhält.c) a union of the suction lifter effect supported by vacuum with the air buoyancy effect, d «n by emulsifying the molten metal with a thread blown into fine threads from below Receives gas flow.
Das letztgenannte Verfahren kann ferner eingesetzt werden für den ivletallaazug aus dem Bad an der Gießstelle und für die vereinigten Reinigungseinflüsse des Vakuums und de's eingedüsten Gases auf das Metall, die das Vakuum beim AusspülenThe latter method can also be used for the ivletallaazug from the bath at the pouring point and for the combined cleaning effects of the vacuum and de's are injected Gas on the metal, creating the vacuum when flushing out
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BAD CRIGfMALBATHROOM CRIGfMAL
Unerwünschter gelöster Gase und fester Einschlüsse unterstützen.Support unwanted dissolved gases and solid inclusions.
Fig. 1 ist ein sohematisher Horizontalschnitt durch •inen Ringherdofen, der zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignet ist.Fig. 1 is a schematic horizontal section through • a ring hearth furnace which is suitable for carrying out the method according to the invention.
Fig. 3 ist ein Horizontalschnitt einer abgewandelten Ofenform.Fig. 3 is a horizontal section of a modified one Oven shape.
Fig. h ist ein abgewickelter senkrechter Sohnitt durch den Ofen nach Fig. 3.FIG. H is a developed vertical axis through the furnace of FIG. 3.
Fig. 5 ist ein senkrechter Schnitt duroh einen Saugheber, wb er in Verbindung mit den Ofen zur Unterstützung der kreisförmigen Bewegung des Metallbades verwendet wird.Fig. 5 is a vertical section through a suction cup, wb he in conjunction with the furnace in support of the circular motion of the metal bath is used.
Fig. 6 zeigt schematisch einen Ringherdofen^der mit einem elektromagnetischen Induktor für denselben Zweck ausgerüstet ist.Fig. 6 shows schematically a ring hearth furnace ^ the with equipped with an electromagnetic inductor for the same purpose.
Fig. 7 zeigt eine abgewandelte Ofengestalt mit zwei parallelen Kanälen, die wechselweise am Ende verbunden sind, so daß sich ein geschlossener Kreislauf bildet.Fig. 7 shows a modified furnace design with two parallel channels, which are alternately connected at the end, so that a closed circuit is formed.
Fig. 8 ist eine sohematisohe senkrechte Darstellung eines Vorheiz- und Vorreduzierofens angeschlossen an einen im Sohnitt dargestellten Ringherdofen.Fig. 8 is a topical vertical view of a Preheating and reducing furnace connected to a ring hearth furnace shown in the Sohnitt.
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Der in Fig. 1 gezeigte Ofen besitzt einen ringförmigen Kanal 2t dessen Boden zwischen der Außenwand 6 und der Innenwand 8 liegt. Dieser Kanal steht duroh eine öffnung 12 mit einem Ansatz 10 in Verbindung, in welchem die endgültige Metallzusammensetzugg eingestellt werden kann. Löoher 14 dienen als Sohlaokenauslässe. Die zur Erzielung der Kreisbewegung des geschmolzenen Metalls dienenden Mittel sind symbolisch als Saugheber 23The furnace shown in FIG. 1 has an annular channel 2 t, the bottom of which lies between the outer wall 6 and the inner wall 8. This channel is connected through an opening 12 to an attachment 10 in which the final metal composition can be set. Löoher 14 serve as sole stone outlets. The means used to achieve the circular motion of the molten metal are symbolically represented as suction lifters 23
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in Pig. 3» 4, und 5 gezeigt.in Pig. 3 »4, and 5 shown.
Der Ringkanal ist durch eine gasdichte gewölbte Decke 9 gedeckt, duroh die Injektoreinrichtungen 15 eingeführt sind· Diese können aus Lanzen l6, 18 und 20 nach Fig. 1 bestehen, die zum Einblasen eines Reduziermittels, des Eisenerzes und eines Heizmittels dienen. Die Injektoren 20 für das Heizmittel können vorzugsweise aus untergetauchten Brennern 20 bestehen« wie schematisch in Fig. k angedeutet ist. Weitere Gasdüsen 17 können in Form von porösen Blöcken am Boden des Kanals vorgesehen sein. Diese porösen Injektoren können besonders zum Einblasen eines Rührgases und auch von Sauerstoff in das Bad dienen, um sowohl die Verbrennung des Heizöles zu unterstützen, als auch als Raffiniermittel zur Einstellung des Endkohlenstoffgehaltes des Stahls vor dem Gießen zu dienen.The ring channel is covered by a gas-tight, arched ceiling 9, through which the injector devices 15 are inserted. These can consist of lances 16, 18 and 20 according to FIG. 1, which are used to blow in a reducing agent, iron ore and a heating agent. The injectors 20 for the heating means may preferably consist of submerged burners 20 "as schematically shown in Fig. Indicated k. Further gas nozzles 17 can be provided in the form of porous blocks at the bottom of the channel. These porous injectors can be used in particular for blowing a stirring gas and also oxygen into the bath in order to support the combustion of the heating oil as well as to serve as a refining agent to adjust the final carbon content of the steel before casting.
Ferner kann der Kanal mit Wehren 26 versehen sein, wie sie in Fig. 3 bis 5 gezeigt sind, um an der Aufstromseite einen höheren Metallspiegel aufrecht zu erhalten und so den Umlauf des Bades im Zusammenwirken mit dem Pumpsystem z.B. dem Syphon 23 zu . unterstützen. Herabhängende Querwände 33a und b in Fig. 4.dienen zum Zurückhalten der Schlacke und Bildung getrennter Gasabschlüsse längs des Kreisweges. Sie können auch einen Teil einer Hebereinrichtung 29 und 33a in Fig. 4 bilden. Dort bilden sie einen Teil der Vakuumkammer 23,die durch ein Rohr 31ä/eine nicht dargestellte Vakuumquelle angeschlossen ist. Der Syphon kann auch irgendwo längs der Kreisbahn liegen, vorzugsweise wird er aber an der Metallgießstelle angeordnet, wo er zusätzlich zur Erzielung einer durchgehenden Entgasung des Metalles gerade vor dem Gießen dienen kann. Legierungsbestandteile können auch vorzugsweise dem Metall im Syphon zugesetzt werden, wo das bei 17 am Boden des Syphons eingeblasenen Ausspülgas im Sinne einer Dispergierung. solcher Bestandteile im geschmolzenen Metall wirkt.Furthermore, the channel can be provided with weirs 26, as shown in FIGS. 3 to 5, in order to prevent a to maintain a higher metal level and thus the circulation of the bath in cooperation with the pump system, e.g. the Siphon 23 closed. support. Dependent transverse walls 33a and b in Figure 4 serve to hold back the slag and form it separate gas closures along the circular path. They can also form part of a lifting device 29 and 33a in FIG. There they form part of the vacuum chamber 23, which through a pipe 31a / a vacuum source, not shown, is connected. The siphon can also be anywhere along the circular path, however, it is preferably arranged at the metal casting point, where it is additionally used to achieve continuous degassing of the metal can serve just before casting. Alloy components can also preferably be the metal in the siphon be added where the blown at 17 at the bottom of the siphon Purge gas in the sense of a dispersion. such constituents acts in the molten metal.
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Der Saugheber kann ferner als sehr wirksames Mittel zur Steuerung des Metallflusses vom Ofenkanal in seine kontinuierliche Gießstation gebraucht werden, wie sie schematisch bei 36 in Fig.4 .dargestellt ist. Dort fließt das Metall in eine wassergekühlte Form 38 und wird durch Vorschubwalzen 40 als endloser Barren abgezogen. Das Vakuumhebersystem kann auch benutzt werden, um die Wirksamkeit eines kohlenstoffhaltigen Reduziermittels zu steigern, indem der Partlaldruck des Kohlenmonoxyds oberhalb des Bades erniedrigt wird.The suction cup can also be a very effective means of Control of the flow of metal from the furnace channel into its continuous casting station can be used as shown schematically at 36 in Fig.4 .Is shown. There the metal flows in a water-cooled mold 38 and is drawn off by feed rollers 40 as an endless bar. The vacuum lifting system can also be used to increase the effectiveness of a carbonaceous Increase reducing agent by reducing the partial pressure of carbon monoxide is lowered above the bath.
Fig. 6 zeigt einen mit einem Magnetjoch 44 zur Unterstützung der Kreisbewegung des geschmolzenen Metalls ausgerüsteten Ringkanal 2, Dieses Joch besitzt eine Primärwicklung 46, die an eine nicht dargestellte Wechselstromquelle angeschlossen ist. Das Metallbad bildet einen einbahnigen Sekundärkreis. Dieses System wirkt auch zum Durchrühren des Bades und kann ferner als Heizsystem für das Bad eingesetzt werden. Darf das Verfahren nach der Erfindung kontinuierlich mit einem gesohmolzenen Metallbad arbeitet, dessen Temperatur immer oberhalb 14 00 ° oder 15 00° C liegt, wird elektrische Kraft zur Erhitzung bei einem hohen Energieniveau verwendet und ist daher viel leistungsfähiger, als öle für das Schmelzen einer kalten Beschickung sein würde».Elektrischer Strom kann auch den Bad durch in dieses eingetauchte Grafitplatten zugeführt werden.Fig. 6 shows one equipped with a magnetic yoke 44 to assist the circular motion of the molten metal Ring channel 2, this yoke has a primary winding 46, the is connected to an alternating current source, not shown. The metal bath forms a single-lane secondary circuit. This system also acts to stir the bath and can also be used as a heating system for the bath. May that Process according to the invention continuously with a boiled Metal bath works whose temperature is always above 14 00 ° or 15 00 ° C, electrical power is used for heating at a high energy level and is therefore much more powerful than oils for melting one cold loading would be ». Electric current can also The bath can be fed through graphite plates immersed in it.
Fig. 7 zeigt eine AnIa^e7 die zwei rechteckige Kanäle 2a und 2b aufweist, die an ihren Enden durch Saugheber 23a und 23b unter Bildung eines einzigen geschlossenen Kreises verbunden sind.7 shows an arrangement 7 which has two rectangular channels 2a and 2b which are connected at their ends by suction lifters 23a and 23b to form a single closed circle.
Fig. 8 zeigt einen Vorheiz-und Vorreduzierofen, der an den ringförmigen Reduzierofen angeschlossen sein kann. Das Erz wird zusammen mit gegebenenfalls erforderlichen Zuschlägen an Kalk oder KAlkstein von einem Schüttrichter 50 in4inen Trocknungssilo 52 im Gegenstrom mit einem heißen Luftstrom eingebracht, der am unteren Ende durch Leitung /f54 eingeführt wird. Diese Luft wird zunächst durch Wärmeaustausch mit demFig. 8 shows a preheating and prereduction furnace which is attached to the annular reducing furnace can be connected. The ore is produced along with any additional allowances that may be required of lime or limestone from a hopper 50 in4 Drying silo 52 countercurrently with a hot air stream introduced, which is introduced at the lower end through line / f54 will. This air is first exchanged with the heat
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vom Reduzierofen durch Kamin 30b austretenden heißen Gasen im Wärmeaustauscher 56 erhitzt.hot gases exiting from the reducing furnace through chimney 30b heated in the heat exchanger 56.
Das Erz wird anschließend in eine Vorreduzierstufe eingebracht, worin der Vorteil der Dissoziationsreaktion des Kohlenmonoxydes in Kohlen-ruß und Kohlendioxyd ausgenutzt werden kann. Die Höchstausbeute dieser Reaktion tritt bei einer Temperatur von etwa 5750C auf. Die Aktivität dieser Reaktion steigt mit dem Druck, und ein Betriebsdruck von etwa 15 bis 20 bar kann passend sein. Nachdem das Eisenerz mit dem entstehenden Kohlenruß getränkt ist, tritt die Reduktion des Eries sehr rasch ein, wenn dieses gekohlte Erz in das heiße Metallbad eingeführt wird.The ore is then fed into a pre-reduction stage, in which the advantage of the dissociation reaction of the carbon monoxide into carbon black and carbon dioxide can be used. The maximum yield of this reaction occurs at a temperature of about 575 0 C. The activity of this reaction increases with pressure, and an operating pressure of about 15 to 20 bar can be suitable. After the iron ore is soaked with the resulting carbon black, the reduction of the eries occurs very quickly when this carbonized ore is introduced into the hot metal bath.
Die Kohlungsreaktion kann in einem geeigneten Druckgefäss 6o durchgeführt werden, wobei Gas mit einem hohen Kohlenmonoxydgehalt in den unteren Teilen des Gefässes durch ein Rohr 62 eingeführt wird, das an einen Schornstein 30c des Ringherdofens angeschlossen ist. Dieser Schornstein ist vorzugsweise an einen Abschnitt des Ofens angeschlossen, in welchem reduzierende Bedingungen vorherrschen, so daß das austretende Gas hauptsächlich aus Kohlenmonoxyd besteht^ dies erreicht man, durch die herabhängenden Wände ,33..iß, Pig. 8The carbonization reaction can be carried out in a suitable pressure vessel, whereby gas with a high carbon monoxide content is inserted in the lower parts of the vessel through a pipe 62 connected to a chimney 30c of the ring hearth furnace is connected. This chimney is preferably connected to a section of the furnace in which reducing conditions prevail so that the escaping gas consists mainly of carbon monoxide ^ this is achieved through the hanging walls, 33..iss, Pig. 8th
Gasabschlüsse und 33a und 33b in Fig. 4, die **« getrennte/bilden, wie 13 Zusammenhang mit Fig. 4 erwähnt wurde.Gas closures and 33a and 33b in Fig. 4 that ** «separate / form, such as 13 was mentioned in connection with FIG.
Das aus dem Karburiergefäss 60 abgezogene gekohlte Erz kann weiter vorerhitzt werden, besonders wenn das Rohmaterial Karbonate enthält, da eine vollständige Dissoziierung der Karbonate eine .· Temperatur von etwa i 100° C erfordern kann. Um das Erz freifließend zu halten, kann die letzte Vorheizstufe mittels eines neutralen Gases, wie Stickstoff, in einem Gefäß 66 durchgeführt werden. Der Stickstoff,der nur geringe Reinheit zu besitzen braucht^ wird durch ein Rohr 68 zugeleitet, das an einen Wärmeaustauscher oder Regenerator 70 angeschlossen ist. Letzterer wird durch aus dem Ringherdofen austretende heiße Gase erhitzt. Das Erz wird schließlich durch "■ The carbonized ore withdrawn from the carburizing vessel 60 can be further preheated, especially if the raw material contains carbonates, since a complete dissociation of the carbonates can require a temperature of about 100.degree. In order to keep the ore free flowing, the final preheating stage can be carried out in a vessel 66 using a neutral gas such as nitrogen. The nitrogen, which need only be of low purity, is fed through a pipe 68 which is connected to a heat exchanger or regenerator 70. The latter is heated by hot gases emerging from the ring hearth furnace. The ore is finally through "■
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Busen 18 in das Bad abgegeben· Sie aus des Gefifl 60 uad 61 abgehenden aase können duroh üohre 64, 72 und 73 dem oberen TrocknungssiIo 52 zugeführt werden.Breasts 18 delivered into the bathroom · You from the Gefifl 60 uad 61 outgoing aase can go through pipes 64, 72 and 73 dem upper drying siIo 52 are supplied.
Sin wesentliches Merkaal des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß das flüssige Metall anstatt Schlacke als Trägermittel für eingeblasene Grase und feste Stoffe und als Austauschmittel für Wärme, Masse und lebendige Kraft gebraucht wird. Geschmolzenes Eisen leitet Wärme weit besser als Schlacke und ist auch weniger zähflüssig· Tatsächlich soll die Schlackenmenge Vorzugsweise nicht wesentlich über di· Mindestmenge hinausgehen, die für die Beseitigung von Verunreinigungen wie Schwefel und Phosphor erforderlich ist*Sin essential Merkaal of the method according to the invention is that the liquid metal instead of slag as Carrier for blown grass and solid substances and as an exchange medium for warmth, mass and vital force is needed. Molten iron conducts heat far better than slag and is also less viscous · Actually supposed to the amount of slag preferably not significantly above di Go beyond the minimum amount required to remove contaminants such as sulfur and phosphorus *
Sin anderes wesentliches Merkmal besteht im Gebrauoh unter«· getauchter Brenner für die unmittelbare Zuführung von Wärme und kinetischer Energie an das Metallbad. Dies bedeutet sins grundsätzliche Abweichung von früheren Verfahren, bei denea Verbrennungsreaktionen oberhalb des Bades vor sich gehen uad Wärme daher auf das geschmolzene Metall duroh die Schlaoke hindurch übertragen werden mufl. Bin weiterer Vorteil besteht darin, daß untergetauchte Hochleistungsbrenner Verbrennungsprodukt β mit beträchtlicher lebendiger Kraft ausstoßen, was sie leistungsfähig als Antrieb für das Metall längs des Hing· herdes macht. Diese Brenner bieten nooh einen anderen Vorteil auf Grund ihrer Fähigkeit, selbst dann leistungsfähig xu Arbeiten, wenn das Verhältnis von Oxydationsmittel zu Brennstoff stark nach der einen oder anderen Richtung vom stoeohiometrischen Verhältnis abweicht. Sie können daher benutzt werden um das Bad -zu. erhitzen, während ihnen gleichzeitig ein Oberschuß an Reduktionsmitteln zugeleitet wird·Another essential feature is the use of a submerged burner for the direct supply of heat and kinetic energy to the metal bath. This means a fundamental deviation from earlier processes, in which combustion reactions take place above the bath and heat must therefore be transferred to the molten metal through the smokes. Another advantage is that submerged high-efficiency burners emit combustion product β with considerable living force, which makes them powerful as a drive for the metal along the hearth. These burners offer another advantage in their ability to operate efficiently even when the ratio of oxidant to fuel differs greatly in one direction or another from the stoeohiometric ratio. They can therefore be used to close the bathroom . heat while an excess of reducing agents is fed to them at the same time
Auch ist es wichtig, daß die Brenner in einem Oxydationsgas arbeiten sollen, das mindestens 60 £ Sauerstoff enthält, damit man ein günstiges Verhältnis von verfügbarer Wärme zur gesamten Wärmeabgabe erhält· Himrat man beispielsweise an, dal die Verbrennung von Kohlenstoff mit Sauerstoff zu Kohlenmonoxid roh gerechnet 1 250 kcal/4? gebildetes CO beträgt, so nimmtIt is also important that the burners should operate in an oxidizing gas containing at least 60 pounds of oxygen with it a favorable ratio of available heat to total heat output is obtained the combustion of carbon with oxygen to carbon monoxide raw calculated 1 250 kcal / 4? CO formed is, so increases
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jeder nr CO, der den Ofen bei etwa 1 600° C verlässt, im Wärmegleiehgewicht mit dem Bad etwa 600 Kcal mit. Der Untershied von 650 Kcal steht für den Erzreduktionsvorgang zur Verfügung. Wenn nun statt Sauerstoff zu verwenden eine Mischung von 50 % Sauerstoff und 50 % Stickstoff gebraucht wird, so steigt das Volumen der Abgase um 50 % und ungefähr 900 Kcal werden fortgeführt, so daß für dieselhe Menge verbrannten Kohlenstoffes die verfügbare Wärme auf 350 Kcal fällt, d.h. daß sie weniger als die Hälfte der im Falle vom reinen Sauerstoff zur Verfügung stehenden Wärme beträgt.every nr CO, which leaves the furnace at about 1,600 ° C, has about 600 Kcal in heat balance with the bath. The difference of 650 Kcal is available for the ore reduction process. If, instead of using oxygen, a mixture of 50 % oxygen and 50 % nitrogen is used, the volume of the exhaust gases increases by 50 % and approximately 900 Kcal are continued, so that for the same amount of carbon burnt the available heat drops to 350 Kcal, that is, it is less than half the heat available in the case of pure oxygen.
Das nutzbare Wärmeverhältnis kann zu gewissen Grade gesteigert werden, indem man eine sekundäre Verbrennung von Kohlenmonoxyd zu Dioxyd anwendet. Das wirtschaftliche Gesamtgleichgewicht des Verfahrens ist jedoch im allgemeinen günstiger, wenn ein reduzierendes Gleichgewicht im Hauptteil des Kreislaufes aufrechterhalten wird und wenn das entstehende Gas, das mehr als 85 % Kohlenmonoxyd enthält, außerhalb des Ringherdofens gebraucht wird. Dieses Gas kann beispielsweise ein ausgezeichneter Brennstoff für eine MHD-Kraftanlage sein. Es kann auch in einem Umwandlungskreislauf verwendet werden, der Wasserstoff für ein Brennstoffzellensystem oder für die Erzeugung von chemischen Produkten liefert.The useful heat ratio can be increased to a certain extent by using a secondary combustion of carbon monoxide to dioxide. However, the overall economic equilibrium of the process is generally more favorable if a reducing equilibrium is maintained in the main part of the cycle and if the resulting gas, which contains more than 85 % carbon monoxide, is used outside the ring hearth furnace. This gas can be an excellent fuel for an MHD power plant, for example. It can also be used in a conversion cycle that supplies hydrogen for a fuel cell system or for the production of chemical products.
Bei der vorstehenden Erörterung wurde angenommen, daß Kohle sowohl als Brennstoff wie als Reduziermittel verwendet wird. ί Das Verfahren gemäß der Erfindung kann aber auch mit Naturgas oder anderen Kohlenwasserstoffen erfolgreich arbeiten. Die Tatsache, daß die Reduktion des Eisenerzes bei verhältnismäßig hoher Temperatur erfolgt, führt zu einer sehr guten Ausnutzung der reduzierenden Kraft des in den Kohlenwasserstoffen enthaltenen Wasserstoffes, da die Gleichgewichtskonstante von HnO/Hp mit der Temperatur ansteigt. Andererseits soll Kohlenmonoxyd vorzugsweise bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen, also im Bereich von 600° bis 8000C verwendet werden. Die günstigste Ausnutzung von Kohlenwasserstoff erreicht man deshalb dadurch, daß man sie zuerst unter Lieferung von Kohlenmonoxyd und Wasserstoff krackt und dann eineThe preceding discussion has assumed that coal is used as both a fuel and a reducing agent. ί The method according to the invention can also work successfully with natural gas or other hydrocarbons. The fact that the iron ore is reduced at a relatively high temperature leads to very good utilization of the reducing power of the hydrogen contained in the hydrocarbons, since the equilibrium constant of HnO / Hp increases with temperature. On the other hand, carbon monoxide should preferably be used at relatively low temperatures, ie in the range of 600 ° to 800 0 C. The best use of hydrocarbons is therefore achieved by first cracking them with the supply of carbon monoxide and hydrogen and then one
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an Kohlenmonoxid reiche erste Fraktion, die dem Vorreduktionsofen zugeführt wird, und eine zweite wasserstoffreiche Fraktion abtrennt, die dem Hochtemperaturreduktionsofen zugeführt wird.a first fraction rich in carbon monoxide, which is fed to the prereduction furnace, and a second fraction rich in hydrogen separates, which is fed to the high-temperature reduction furnace.
Wae die Gestaltung des Reduktionsofen in physikalischer Hinsicht betrifft, 'so besteht eine beherrschende Überlegung darin, daß der durch die Badoberfläche austretende GasflußAs regards the physical aspect of the design of the reduction furnace, a dominant consideration is that the gas flow exiting through the bath surface
* 2* 2
vorzugsweise nicht mehr als 1/5 * j· Sekunde und m Bad··preferably not more than 1/5 * j second and m bath oberfläche betragen soll, wi· im vorstehenden angegeben wurde» Nimmt man beispielsweise an, daß einerseits die Reduktion dei Erzes zur Bildung von etwa 370 m* Kohlenmonoxyd je t Elsen führt, während andererseits die Verbrennung von Kohle durch die Erzeugung der benötigten ueduktionswärme zur Bildung von weiteren etwa 2 030 nr Kohlenmonoxyd je t Eisen führt, so daß die Gesamtmenge etwa 2 4-uO or CO je t Eisen beträgt. Mimmt man wiederum an, daß die Anlage für die Herstellung von 60 t Stahl in der Stunde, oder 1 t in der Minute ausgelegt ist, so wird das entsprechend· Tolumen entwickelten Gases 2 400 » je Hinute oder 40 tr Je Sekunde betragen, was eine Badoberfläche von 200 a erfordert. Zieht man dit ladtiefe in Betracht, die beispielsweise 0,60 m betragen kann, so wird das Badvolumen ungefähr 120 nr sein, was etwa 90 t Metall entspricht und damit ungefähr das Fünfzehnfaoh· der Metallmenge ist, dl· in der Stunde im Ofen hergestellt und Aaraue abgesogen wird· Das Kreislaufverhältnis des Bad·· und dl· Geschwindigkeit des Badumlaufes können leicht abgeleitet werden, wenn man die Breite des Ringkanal·· in Rechnung stellt«surface should be, as stated above. If one assumes, for example, that on the one hand the reduction of the ore leads to the formation of about 370 m * carbon monoxide per t of Elsen, while on the other hand the combustion of coal through the generation of the required heat of reduction leads to the formation of about 2 030 nr carbon monoxide per t iron, so that the total amount is about 2 4 uO or CO per t iron. One Mimmt in turn indicates that the plant for the production of 60 tons of steel is arranged in the hour or 1 ton per minute, then the corresponding · Tolumen evolved gas is 2400 »per Hinute or 40 tr per second amount, which is a Requires bath surface of 200 a. If one takes into account the loading depth, which can be, for example, 0.60 m, the bath volume will be approximately 120 nr, which corresponds to approximately 90 t of metal and is thus approximately fifteen times the amount of metal that is produced in the furnace per hour Aaraue is sucked off · The cycle ratio of the bath ·· and dl · speed of the bath circulation can easily be deduced if the width of the ring channel · · is taken into account «
Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich selbst besonders gut zu einer vollständigen Automatisierung ausgestalten« Durch kontinuierliche automatische Überwachung des COg-Gehaltes der Abgase in der Endfrischzone 10 der FIf. 2, wo etwas Sauerstoff in das Bad zur Einstellung des endgültigen Kohlenstoff« gehaltes des Stahles gerade vor dem Gießen eingeblasen wird, ist es möglich automatisch das Einführungsverhältnis von Irs und Reduziermittel und die Wärmezufuhr zu regeln. Vorzugsweise werden diese Einblasungen und auch die Wärmezufuhr über einen großen Anteil der Badlänge gestreut. Ein weiterer TorteilThe method according to the invention can itself be designed particularly well for complete automation « Through continuous automatic monitoring of the COg content of the exhaust gases in the final refining zone 10 of the FIf. 2, where some oxygen in the bath to adjust the final carbon « content of the steel is blown in just before casting, it is possible to automatically change the introductory ratio of irs and to regulate reducing agents and the supply of heat. These injections and also the supply of heat are preferably via a large proportion of the length of the bath. Another part of the gate
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1*332931 * 33293
«•12 * .«• 12 *.
dieses Verfahrens besteht darin, daß dl· temperatur praktisch in jedem gegebenen Badteil konstantThis method consists in that the dl · temperature is practically constant in any given part of the bath
1 ^40 t/Tag entspricht, so iet die spezifische Produktion1 ^ 40 t / day corresponds to the specific production jem5 gleich 12 t/Tag. Dies· Produktion iet sehr günstigJem 5 equals 12 t / day. This production is very cheap im Vergleich mit der spezifischen Produktion eines typisoha*compared to the specific production of a typisoha *
vermögen liegt.fortune lies.
Die Anlagekosten sind auch weit niedriger, als die bei, Dreh* öfen erforderlich sind. Tatsächlich kann das Verfahren naeh der Erfindung in vorhandenen offenen Herdöfen durchgeführt werden,nachdem man in der lutte des Herdes einen PfeiHer geeigneter Dicke errichtet hat» ua to «inen Bingkanal u* diesen Pfeiler zu bilden.The investment costs are also far lower than those for, Dreh * ovens are required. In fact, the method according to the invention can be carried out in existing open hearth furnaces after having put a pear in the hearth of the hearth has built a suitable thickness »ua to« inen Bingkanal u * to form this pillar.
Da das Verfahren keinen Koks erfordert, sondern nahezu mit jedem verfügbaren Brennstoff arbeiten kann und keina Agglomerierung des Erzes verlangt, sind dia Ersparnisse der Art, daß es in vielen fällen wirtschaftlich möglich wird, auf die Vorheizstufe zumindest in der Einleitungaperiede des Betriebes einer neuen inlage zu verzichten. BIa Gaaaagaba der Anlage kann vorteilhaft die Stelle von Koksofengaa ei»» nehmen, denn ea hat einen hohen wirtschaftlichen Wart uoA läßt sich mit viel niedrigeren Kosten als Kokaofengaa erhalten, da viel geringere Anlagekosten und viel weniger Arbeitsaufwand für Aufrechterhaltung und Batrieb erforderlich sind·Since the process does not require coke, but can work with almost any fuel available and no a Agglomeration of the ore demands, the savings are of the kind that it is economically possible in many cases, on the preheating stage at least in the introduction period to refrain from operating a new insert. BIa Gaaaagaba the plant can advantageously replace the Koksofengaa egg »» take, because ea has a high economic waiting uoA can be obtained at a much lower cost than Kokaofengaa, as much lower investment costs and much less work are required for maintenance and operation
Schließlich eignen sich die kontinuierliche Betriebsweise das Verfahrens und seine Anpassungsfähigkeit besonders gut zur Kombination dieses Verfahrene mit einem kontinuierlichen 0ia6-> betrieb. Die Produktionsgeschwindigkeit läßt sich jederzeit leicht so einstellen, daß sie den Erfordernissen des GIaSBa* triebes entspricht, und die relativ große Badmasse gestattet es durchaus, willkürlich die Erzeugung für Zeiträume von ?A Stuüdir, odsr nrskr zu unterbrechen) während dieser Zait bleibt dat Bad geschmolzen. 809902/ "Π SR9 öHSG^M- INSPECA «■Finally, the continuous mode of operation of the process and its adaptability are particularly suitable for combining this process with continuous operation. The production speed can easily be adjusted at any time so that it corresponds to the requirements of the GIaSBa * drive, and the relatively large bath mass makes it possible to arbitrarily interrupt production for periods of? . 809902 / "Π SR9 öHSG ^ M- INSPECA« ■
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