DE1758478A1

DE1758478A1 - Process for producing iron from iron ores in a shaft furnace

Info

Publication number: DE1758478A1
Application number: DE19681758478
Authority: DE
Inventors: William Davies
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-06-09
Filing date: 1968-06-08
Publication date: 1971-01-28
Also published as: FR1567802A; ES354825A1; BE716301A; GB1164196A; NL6808002A

Description

Nahezu der gesamte Weltbedarf an metallischem Eisen wird im Hochofen durch Einschmelzen von Eisenerz oder deren Konzentrate gewonnen. Die Eisenerze sind im allgemeinen oxydisch und erfordern ein Erhitzen in Anwesenheit eines Reduktionsmittels, um metallisches Eisen zu gewinnen. Dabei ist für die endothermen Reaktionen und im Hinblick auf die Reaktionsprodukte, nämlich flüssiges Eisen und flüssige Schlacke in abstichfähiger Form, ein ausreichendes Wärmeangebot erforderlich.Almost the entire world demand for metallic iron is obtained in the blast furnace by melting iron ore or its concentrates. The iron ores are generally oxidic and require heating in the presence of a reducing agent to recover metallic iron. A sufficient supply of heat is required for the endothermic reactions and with regard to the reaction products, namely liquid iron and liquid slag in a drawable form.

Gewöhnlich geschieht die Reduktion in der Weise, daß ein Möller aus Koks, Eisenerz und einem Flussmittel, üblicherweise Kalkstein, in stückiger Form in den Hochofen eingesetzt wird, in dem der Möller eine lose Beschickungssäule bildet, durch die der Hochofenwind mit einer Temperatur von 600 bis 1400°C hindurchgeblasen wird. Der dem Hochofen zugeführte Heißwind setzt eine rasche Verbrennung des Kokses in Gang, der unter starker Wärmeentwicklung zum gro- ßen Teil zu Kohlenmonoxyd verbrennt, wobei weitaus mehr Wärme freigesetzt wird, als die durch den Heißwind zugeführte Wärme. Die Reduktion des Erzes zuUsually the reduction takes place in such a way that a Möller made of coke, iron ore and a flux, usually limestone, is used in lump form in the blast furnace, in which the Möller forms a loose charging column through which the blast furnace wind with a temperature of 600 to 1400 ° C is blown through. The hot wind supplied to the blast furnace initiates rapid combustion of the coke, which is largely due to the development of heat. This part burns to carbon monoxide, with far more heat being released than the heat supplied by the hot wind. The reduction of the ore too

metallischem Eisen erfolgt durch eine Reaktion mit dem bei der Verbrennung des Kokses anfallenden Kohlenmonoxyd, wobei noch eine Reihe anderer weniger bedeutsamer Reaktionen stattfindet oder stattfinden sollen. Gleichzeitig reagiert der Kalkstein mit den Verunreinigungen des Erzes und des Kohlenstoffs, wie beispielsweise Kieselsäure, Tonerde und Schwefel, unter Bildung einer Schlacke. Bei manchen Öfen wurde die Reaktionsgeschwindigkeit durch Anreicherung des Windes mit Sauerstoff erhöht. Der Kokssatz kann auch teilweise durch Einblasen von Öl in der Nähe der Windformen verringert werden.Metallic iron takes place through a reaction with the carbon monoxide produced during the combustion of the coke, whereby a number of other less important reactions take place or are supposed to take place. At the same time, the limestone reacts with the impurities in the ore and carbon, such as silica, alumina and sulfur, to form a slag. In some ovens, the reaction speed was increased by enriching the wind with oxygen. The coke rate can also be partially reduced by injecting oil near the tuyeres.

Die Ofenleistung wird durch die Heißwindmenge bestimmt, die durch die Beschickung aus Erz, Kalkstein und Koks hindurchgeblasen werden kann. Sind Erz und Koks zu fein, setzen sie dem Gas bzw. Wind einen hohen Strömungswiderstand entgegen. Außerdem kann es bei hohem Winddruck zum Mitreißen kleiner Stücke an der Gicht kommen. Andererseits wird bei grobstückigem Möller der Strömungswiderstand verringert und der Winddurchgang erleichtert, womit jedoch der Nachteil verbunden ist, daß der Einsatz dem Gas nur eine verhältnismäßig geringe Oberfläche darbietet. Dadurch verschlechern sich die Reduktionsbedingungen und der Wämeübergang von den heißen Gasen auf die Beschickung. Versuche haben erwiesen, daß im Hinblick auf eine ausreichend gas- durchlässige Beschickung das gemöllerte Erz im allgemeinen größer als 9,5 mm und kleiner als 50,8 mm häufig jedoch kleiner als 25,4 mm sein soll. Um diesen Anforderungen zu genügen, können Konzentrate, Feinerze und andere eisenhaltige Stoffe, wie beispielsweise Walzenzunder, pyritische Rückstände u. dgl. pelletisiert oder gesintert bzw. zu Sinterpellets verarbeitet werden, ehe sie gemöllert werden. Hierbei geht man in steigendem Maße dazu über, bereits den Pellets oder demThe kiln output is determined by the amount of hot blast that can be blown through the feed of ore, limestone and coke. If ore and coke are too fine, they oppose a high flow resistance to the gas or wind. In addition, small pieces of the gout can be carried away with high wind pressure. On the other hand, the flow resistance is reduced in the case of coarse debris and the passage of wind facilitated, which, however, has the disadvantage that the insert only presents a relatively small surface area to the gas. This worsens the reduction conditions and the heat transfer from the hot gases to the charge. Experiments have shown that with a view to a sufficiently gas permeable feed, the crushed ore should generally be larger than 9.5 mm and smaller than 50.8 mm, but often smaller than 25.4 mm. In order to meet these requirements, concentrates, fine ores and other ferrous substances, such as mill scale, pyritic residues and the like, can be pelletized or sintered or processed into sintered pellets before they are grinded. Here one is increasingly going over to already the pellets or the

Sinter den Kalkstein zuzusetzen, anstatt ihn in der Möllerung einzuführen, um selbstgehende Pellets bzw. einen selbstgehenden Sinter zu erzeugen.Sinter to add the limestone instead of introducing it into the mortar to produce self-rising pellets or a self-rising sinter.

Auch wenn alle vorerwähnten Maßnahmen angewandt werden, gehört es zum normalen Hochofenbetrieb, daß die den Ofen verlassenden Abgase noch einen beträchtlichen Kaloriengehalt besitzen, insbesondere kann ihr Gehalt an Kohlenmonoxyd nicht vollständig für die Reduktion des Eisenerzes ausgenutzt werden. Die durch das Gichtgas für den Hochofenprozeß verlorengehende Wärme kann bis 40% des Wärmewertes des Koks betragen. Obgleich das Gichtgas in einem gemischten Hüttenwerk in anderen Betrieben, beispielsweise im Stahlwerk, benutzt werden kann, muß man berücksichtigen, daß guter Hochofenkoks knapper und demzufolge entsprechend teurer wird. Außerdem stehen billigere Quellen brennbarer Gase zur Verfügung und ist der Anfall an Gichtgas heutzutage selten wirtschaftlich.Even if all the above measures are applied, it is part of normal blast furnace operation that the exhaust gases leaving the furnace still have a considerable calorie content, in particular their carbon monoxide content cannot be fully used for the reduction of iron ore. The heat lost by the furnace gas for the blast furnace process can be up to 40% of the heat value of the coke. Although the furnace gas can be used in a mixed smelting works in other plants, for example in the steelworks, one must take into account that good blast furnace coke becomes scarcer and consequently more expensive. In addition, cheaper sources of combustible gases are available and blast furnace gas production is seldom economical these days.

Demzufolge ist man bestrebt, die Wärmebilanz desAs a result, efforts are made to improve the heat balance of the

Hochofens zu verbessern.Improve blast furnace.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, die Wärmebilanz beim Erschmelzen von Eisen aus Erzen zu verbessern und gleichzeitig weitere Vorteile zu erreichen.The object on which the invention is based is to improve the heat balance when iron is melted from ores and at the same time to achieve further advantages.

Beim üblichen Hochofenprozeß wird der Koks zunächst in Kohlenmonoxyd umgewandelt, wodurch die nachfolgenden Reaktionen ermöglicht werden:In the usual blast furnace process, the coke is first converted into carbon monoxide, which enables the following reactions:

Fe[tief]3O[tief]4 + 4CO Pfeil 3Fe + 4CO[tief]2 (1)Fe [deep] 3O [deep] 4 + 4CO arrow 3Fe + 4CO [deep] 2 (1)

Fe[tief]2O[tief]3 + 3CO Pfeil 2Fe + 3CO[tief]2 (2)Fe [deep] 2O [deep] 3 + 3CO arrow 2Fe + 3CO [deep] 2 (2)

Die vorstehenden Reaktionen laufen nicht vollständig ab, kommen aber meistens zum Stillstand, wenn das CO/CO[tief]2-Verhältnis 1 erreicht. Demzufolge enthält das Gichtgas einen wesentlichen Bestandteil an Kohlenmonoxyd.The above reactions do not proceed completely, but mostly come to a standstill when the CO / CO [low] 2 ratio reaches 1. As a result, the furnace gas contains an essential component of carbon monoxide.

Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, eine weitestgehend direkte Reduktion des Eisenoxyds durch den Kohlenstoff entsprechend den nachfolgenden ReaktionsgleichungenThe essential feature of the invention is a largely direct reduction of the iron oxide by the carbon in accordance with the following reaction equations

Fe[tief]3O[tief]4 + 4C Pfeil 3Fe + 4CO (3)Fe [deep] 3O [deep] 4 + 4C arrow 3Fe + 4CO (3)

Fe[tief]2O[tief]3 + 3C Pfeil 2Fe + 3CO (4)Fe [deep] 2O [deep] 3 + 3C arrow 2Fe + 3CO (4)

in Abhängigkeit von der Natur der jeweiligen Eisenträger zu ermöglichen.depending on the nature of the respective iron girders.

Erfindungsgemäß wird nun Eisen aus Erz in einemAccording to the invention, iron is now made from ore in one

Hochofen im Wege eines Prozesses erschmolzen, bei dem das gesamte Erz oder ein wesentlicher Teil desselben in Form von Pellets gemöllert wird, die aus einer gründlichen Mischung feiner Erzteilchen und eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffs mit niedriger Flüchtigkeit mit oder ohne Schlackenbildner bestehen, und bei dem über die kohlenstoffhaltigen Pellets hinaus kein fester Kohlenstoff in den Hochofen eingeführt wird. Das Verhältnis Brennstoff/Erz liegt bei den Pellets mindestens so hoch, daß eine vollständige Reduktion der Eisenoxydverbindungen des Erzes zu metallischem Eisen unter Bildung von Kohlenmonoxyd stattfinden kann, übersteigt jedoch die für die Reduktion erforderliche stöchiometrische Menge um nicht mehr als 20%, während die Schlackenbildner so ausgewählt und bemessen werden, daß sich aus den Erzrückständen und der Asche des kohlenstoffhaltigen Brennstoffs eine Schlacke mit einer Basizität von CaO/SiO[tief]2 = 1,15 bis 1,40 ergibt. Die Pellets besitzen eine solche Größe, daß sie im Hochofen eine gasdurchlässige Beschickungssäule bilden und sind so abgebunden, daß sie ihre Form beibehalten, bis sie die Temperatur der Reduktionsreaktion und Schlackenbildung erreichen. Die aus Pellets bestehende Beschickungssäule wird auf die Reduktions- und Schlackenbildungstemperatur erwärmt, so daß der in jedem Pellet befindliche Kohlenstoff mindestens den größeren Teil der oxydischen Eisenverbindungen unter Bildung von Kohlenmonoxyd zu Eisen reduziert und das Kohlenmonoxyd mit dem Hochofen- wind oder sauerstoffangereicherter Luft verbrennt, um die für die Reduktion und die Schlackenbildung erforderliche Temperatur zu erreichen.Blast furnace is smelted by a process in which all or a substantial portion of the ore is ground up in the form of pellets made up of a thorough mixture of fine ore particles and a low volatility carbonaceous fuel, with or without a slagging agent, and over the carbonaceous ones In addition to pellets, no solid carbon is introduced into the blast furnace. The fuel / ore ratio in the pellets is at least so high that a complete reduction of the iron oxide compounds of the ore to metallic iron can take place with the formation of carbon monoxide, but does not exceed the stoichiometric amount required for the reduction by more than 20%, while the slag formers be selected and dimensioned in such a way that the ore residues and the ash of the carbonaceous fuel result in a slag with a basicity of CaO / SiO [deep] 2 = 1.15 to 1.40. The pellets are sized to form a gas permeable feed column in the blast furnace and are bound so that they maintain their shape until they reach the temperature of the reduction reaction and slag formation. The feed column consisting of pellets is heated to the reduction and slag formation temperature, so that the carbon in each pellet reduces at least the greater part of the oxidic iron compounds with the formation of carbon monoxide to iron and the carbon monoxide with the blast furnace wind or oxygen-enriched air burns to reach the temperature required for reduction and slag formation.

Die Größe der Pellets muß so gewählt werden, daß sich, was die Gasdurchlässigkeit anbetrifft, eine gasdurchlässige Beschickung derselben Art wie beim normalen Hochofen ergibt, so daß ihre Größe 9,5 bis 50,8 mm, vorzugsweise 9,5 bis 25,4 mm beträgt. Die Pellets müssen ihre Form beim Transport und beim Niedergehen der Beschickung im Ofen beibehalten, bis sie die Zone erreichen, in der sich die Reduktions- und Schlackenbildungsreaktionen abspielen, da andernfalls die Reaktionsgase die Beschickung nicht durchströmen und den Ofen an der Gicht verlassen können. Werden die Pellets nämlich zerstört oder rissig, dann verbrennt ein Teil ihres Kohlenstoffs direkt zu Kohlenmonoxyd, ehe noch die direkte Reduktion der Eisenoxyde stattfinden kann. Aus diesem Grunde muß entweder jedes Pellet oder mindestens eine Außenschicht jedes Pellets durchgehend abgebunden sein und eine den vorstehenden Erfordernissen genügende Festigkeit besitzen.The size of the pellets must be chosen so that, as far as gas permeability is concerned, a gas-permeable charge of the same type as in the normal blast furnace results, so that their size is 9.5 to 50.8 mm, preferably 9.5 to 25.4 mm amounts to. The pellets must maintain their shape during transport and when the charge is lowered in the furnace until they reach the zone in which the reduction and slag formation reactions take place, otherwise the reaction gases cannot flow through the charge and leave the furnace at the top. If the pellets are destroyed or cracked, then part of their carbon burns directly to carbon monoxide before the direct reduction of the iron oxides can take place. For this reason, either each pellet or at least one outer layer of each pellet must be continuously bonded and have a strength that satisfies the above requirements.

Das Verhältnis von Brennstoff zu Erz im Pellet stellt ein wichtiges Merkmal der Erfindung dar. Es wurde bereits auf die wirtschaftlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens hingewiesen, wobei erwähnt wurde, daß außer dem in den Pellets enthaltenen Brennstoff kein weiterer fester Brennstoff dem Ofen zugeführt wird. Jeder zu- sätzliche Kohlenstoff würde nämlich wie beim üblichen Hochofenprozeß zu Kohlenmonoxyd verbrennen. Der Brennstoff- bzw. Kohlenstoffgehalt der Pellets wirdThe ratio of fuel to ore in the pellet is an important feature of the invention. The economic advantages of the process according to the invention have already been pointed out, it being mentioned that apart from the fuel contained in the pellets, no other solid fuel is fed to the furnace. Everyone to- Any additional carbon would burn to carbon monoxide as in the usual blast furnace process. The fuel or carbon content of the pellets is

so gewählt, daß die nachfolgend des näheren erläuterten Ergebnisse gewährleistet sind.chosen so that the results explained in more detail below are guaranteed.

Zunächst muß das Erz entsprechend den Gleichungen (3) und (4) reduziert werden; zum anderen muß ein ausreichendes Kohlenstoffangebot vorliegen, damit Kohlenstoff im Eisen in Lösung gehen und dessen Schmelzpunkt verringern kann, da der Schmelzpunkt des erschmolzenen Eisens von dessen Kohlenstoffgehalt abhängt und reines Eisen einen Schmelzpunkt von 1535°C, ein Eisen mit 4% Kohlenstoff dagegen einen Schmelzpunkt von etwa 1200°C besitzt und es wünschenswert ist, daß das erschmolzene Eisen einen niedrigen Schmelzpunkt besitzt; schließlich muß durch die Verbrennung des bei der Erzreduktion anfallenden Kohlenmonoxyds und die direkte Verbrennung des Brennstoffs eine ausreichende Wärmemenge vorhanden sein, um das Verfahren selbsttätig ablaufen zu lassen und schmelzflüssiges Eisen sowie eine flüssige Schlacke zu bilden. Die Pellets dürfen jedoch nicht zu viel Brennstoff enthalten, da der Brennstoffüberschuß sonst einfach verbrennt und die Pellets zerstört, so daß das ganze Verfahren bei zu hoher Temperatur abläuft. Ganz allgemein läuft das Verfahren bei zu hoher Temperatur ab, wenn der Brennstoffüberschuß in den Pellets mehr als 20% beträgt.First, the ore must be reduced according to equations (3) and (4); On the other hand, there must be a sufficient supply of carbon so that carbon in the iron can dissolve and reduce its melting point, since the melting point of the molten iron depends on its carbon content and pure iron has a melting point of 1535 ° C, iron with 4% carbon has a melting point of about 1200 ° C and it is desirable that the molten iron has a low melting point; Finally, through the combustion of the carbon monoxide resulting from the ore reduction and the direct combustion of the fuel, a sufficient amount of heat must be available to allow the process to run automatically and to form molten iron and a liquid slag. However, the pellets must not contain too much fuel, otherwise the excess fuel simply burns and destroys the pellets, so that the whole process takes place at too high a temperature. In general, the process takes place at too high a temperature if the fuel excess in the pellets is more than 20%.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Eisen mit niedrigem Schwefelgehalt herzustellen, das beispielsweise für das Sprühfrischen geeignet ist. Das wird mit einer basischen Schlacke erreicht, die ein CaO/SiO[tief]2-Verhältnis von 1,15 bis 1,40, vorzugsweise von 1,25 bis 1,30 besitzt. Trägt man die Schmelzpunkte der Schlacke gegen die Basizität CaO/SiO[tief]2 auf,Another aim of the invention is to to produce an iron with a low sulfur content which is suitable, for example, for spray refining. This is achieved with a basic slag which has a CaO / SiO [deep] 2 ratio of 1.15 to 1.40, preferably from 1.25 to 1.30. If one plots the melting points of the slag against the basicity CaO / SiO [deep] 2,

dann ergibt sich ein Minimum zwischen 1,25 und 1,30; die bevorzugten Schlacken besitzen außerdem einen niedrigstmöglichen Schmelzpunkt, was insbesondere im Hinblick auf die Wärmebilanz des Hochofens von großem Vorteil ist. Eine saure Schlacke mit einer Basizität unter 1 bindet den Schwefel nicht in ausreichendem Maße ab, so daß der erschmolzene Stahl einen entsprechend hohen Schwefelgehalt besitzt. Andererseits sind hochbasische Schlacken mit einer Basizität über 1,40, obgleich sie ausreichend Schwefel abbinden, zu zäh. Zusätzliche Schlackenbildner sind dann nicht erforderlich, wenn die Brennstoffasche und die Erzrückstände eine Schlacke der gewünschten Zusammensetzung ergeben, wenngleich der Einsatz zusätzlicher Schlackenbildner normalerweise erforderlich ist, die jedoch durch die Pellets eingeführt werden. Bei Erzen mit einem geringen Anteil an Gangart oder Verunreinigungen, können Kalkstein oder Magnsiumoxyd enthaltender Kalkstein ohne vorherige Kalzination verwendet werden. Sofern ein Kalksteinzusatz zur Verschlackung eines hohen Gehalts an Gangart erforderlich ist, kann die Wärmebilanz durch vorhergehendes Sintern des Kalksteins mit eisenhaltigen Stoffen verbessert werden, um einen brüchigen selbstgehenden Sinter zu erzeugen, der anschließend pulverisiert und zusammen mit dem Brennstoff pelletisiert wird. Ein derartiges Verfahren verhindert die Bildung von Kohlendioxyd und die nachteilige Reaktion desselben mit dem Kohlenstoff zu Kohlenmonoxyd, wodurch die für die direkte Reduktion des Eisenoxyds zur Verfügung stehende Kohlenstoffmenge verringert wird. Die Festigkeit der Pellets wird verbessert, wenn ein Teil des Kalksteins der Beschickung als gebrannter Kalk (CaO) zugesetzt wird, da dieser mit der Feuchtigkeit der Mischung reagiert und zu einer Kalkhydratbindung führt (Ca(OH)[tief ]2).then there is a minimum between 1.25 and 1.30; the preferred slags also have the lowest possible melting point, which is of great advantage in particular with regard to the heat balance of the blast furnace. An acidic slag with a basicity below 1 does not bind the sulfur to a sufficient extent, so that the molten steel has a correspondingly high sulfur content. On the other hand, highly basic slags with a basicity above 1.40, although they bind sufficient sulfur, are too tough. Additional slag formers are not required when the fuel ash and ore residues result in a slag of the desired composition, although the use of additional slag formers is normally required, but these are introduced through the pellets. For ores with a low proportion of gangue or impurities, limestone or limestone containing magnesium oxide can be used without prior calcination. If a limestone additive is required for slagging a high gangue content, the heat balance can be improved by prior sintering of the limestone with ferrous substances to produce a brittle self-rising sinter, which is then pulverized and pelletized along with the fuel. Such a process prevents the formation of carbon dioxide and its adverse reaction with the carbon to form carbon monoxide, thereby reducing the amount of carbon available for direct reduction of the iron oxide. The strength of the pellets is improved if some of the limestone is added to the charge as quick lime (CaO) as this reacts with the moisture in the mixture and leads to hydrated lime binding (Ca (OH) [deep] 2).

Die im Hochofen für die Reduktion und Schlackenbildung erforderliche Wärme wird durch Verbrennen des Kohlenmonoxyds mit dem Hochofenwind oder Sauerstoff angereichertem Wind zu Kohlendioxyd gewonnen. Dabei braucht der Wind nicht unbedingt vorgewärmt zu sein, doch ist es von Vorteil, in der Nähe der Windformen eine geringe Menge an flüssigem oder gasförmigem Brennstoff einzublasen. Andererseits besteht die Gefahr, daß sich die Verbrennungszone im Ofen nach oben verlagert, da das von den Pellets freigesetzte Kohlenmonoxyd oberhalb der betreffenden Pellets mit dem Hochofenwind verbrennt, so daß die in der Zone, in der das Kohlenmonoxyd aus den Pellets freigesetzt wird, entstehende Wärme in Abwesenheit von Zusatzbrennstoff zu gering sein würde. Die Menge des im unteren Ofenteil erforderlichen Zusatzbrennstoffs ist jedoch im Vergleich zum Gesamtbedarf anThe heat required in the blast furnace for the reduction and slag formation is obtained by burning the carbon monoxide with the blast furnace wind or oxygen-enriched wind to form carbon dioxide. The wind does not necessarily have to be preheated, but it is advantageous to blow in a small amount of liquid or gaseous fuel near the wind forms. On the other hand, there is a risk that the combustion zone in the furnace will move upwards, since the carbon monoxide released by the pellets burns with the blast furnace wind above the pellets in question, so that the heat generated in the zone in which the carbon monoxide is released from the pellets would be too low in the absence of additional fuel. The amount of additional fuel required in the lower part of the furnace is, however, compared to the total requirement

Kohlenstoff vernachlässigbar gering.Carbon negligibly low.

Eine andere Möglichkeit, dort Wärme zu erzeugen, wo sie erforderlich ist, besteht darin, daß ein Teil des Kohlenmonoxyds enthaltenden Gases im oberen Teil des Schachtes abgezogen und an einer tieferliegenden Stelle wieder eingespeist wird. Da die Verbrennung des Kohlenmonoxyds zu Kohlendioxyd mehr Wärme freisetzt als für die endotherme Reduktion des Eisenoxyds erforderlich ist, ist es wirtschaftlicher, diese Wärme dort zu erzeugen, wo sie gebraucht wird, anstatt Zusatzbrennstoff zu verbrennen, selbst wenn es sich dabei nur um eine geringe Menge handelt.Another possibility of generating heat where it is required is that part of the gas containing carbon monoxide is drawn off in the upper part of the shaft and fed back in at a lower point. Since the combustion of the carbon monoxide to carbon dioxide releases more heat than is necessary for the endothermic reduction of the iron oxide, it is more economical to generate this heat where it is needed instead of burning additional fuel, even if it is only a small amount acts.

Obgleich im Idealfall das gesamte Eisenoxyd durch Kohlenstoff und nicht durch Kohlenmonoxyd reduziert wird, finden stets auch die Reaktionen gemäß Gleichungen (1) und (2) statt, da im Innern der Pellets entstehendes Kohlenmonoxyd im gewissenAlthough in the ideal case all of the iron oxide is reduced by carbon and not by carbon monoxide, the reactions according to equations (1) and (2) always take place, since carbon monoxide formed inside the pellets to a certain extent

Umfang mit dem Eisenoxyd der Außenschichten reagiert, wobei der Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens darin besteht, daß möglichst kein oder nur ein Minimum des Kohlenstoffs mit Luft verbrennt. Sofern ein geringer Teil des in den Pellets entstehenden Kohlenmonoxyds zu einer Reduktion führt, kann das Verhältnis Kohlenstoff zu Eiesenoxyd in den Pellets verringert werden. Die stöchiometrischen Bedingungen der Reaktionen gemäß (3) und (4) ergeben sich wie folgt:Reacts extensively with the iron oxide of the outer layers, the success of the process according to the invention being that as little or no carbon as possible burns with air. If a small part of the carbon monoxide produced in the pellets leads to a reduction, the ratio of carbon to iron oxide in the pellets can be reduced. The stoichiometric conditions of the reactions according to (3) and (4) result as follows:

(3) 0,207 Teile Kohlenstoff je Teil Fe[tief]3O[tief]4,(3) 0.207 parts of carbon per part of Fe [deep] 3O [deep] 4,

(4) 0,225 Teile Kohlenstoff je Teil Fe[tief]2O[tief]3.(4) 0.225 parts carbon per part Fe [deep] 2O [deep] 3.

Näherungsweise 0,02 bis 0,03 Teile Kohlenstoff gehen vorteilhafterweise im Eisen in Lösung und verringern dessen Schmelzpunkt, d.h. maximal etwa 0,25 Teile des Gesamtkohlenstoffs. Eine weitere Menge Kohlenstoff kann bis zu einem Überschuß von 20% in den Pellets enthalten sein, um die Folgen einer schlechten Durchmischung der Komponenten auzugleichen, doch ist dies im allgemeinen nicht erforderlich. Führt ein Teil des in den Pellets entstehenden Kohlenmonoxyds zu der gewünschten Reduktion, verringert sich die erforderliche Kohlenstoffmenge, doch sind weniger als 0,15 Teile Kohlenstoff kaum ausreichend. Allgemein ausgedrückt beträgt der Brennstoffanteil daher 15 bis 25% des Eisenoxydanteils im Erz.Approximately 0.02 to 0.03 parts of carbon advantageously go into solution in the iron and lower its melting point, i.e. a maximum of about 0.25 parts of the total carbon. A further amount of carbon can be present in the pellets up to an excess of 20% in order to compensate for the consequences of poor mixing of the components, but this is generally not necessary. If some of the carbon monoxide produced in the pellets leads to the desired reduction, the amount of carbon required is reduced, but less than 0.15 part of carbon is hardly sufficient. Generally speaking, the fuel content is therefore 15 to 25% of the iron oxide content in the ore.

Es ist wichtig, daß die Pellets nicht zerfallen, so daß der Brennstoff einen geringen Gehalt an Flüchtigen besitzen sollte. Es wurde bereits früher vorgeschlagen, Briketts aus Erz und Kohle als Hochofenmöller zu verwenden, doch führte die starke Entwicklung flüchtiger Bestandteile bei derartigen Briketts zu deren Zerstörung, so daß der Kohlenstoff mit dem Sauerstoff des Hochofenwindes reagierte und das Eisenoxyd durch Kohlenmonoxyd reduziert wurde. Der im Rahmen desIt is important that the pellets do not disintegrate so that the fuel should be low in volatiles. It was previously proposed to use briquettes made of ore and coal as blast furnace oilers, but the strong development of volatile constituents in such briquettes led to their destruction, so that the carbon reacted with the oxygen from the blast furnace wind and the iron oxide was reduced by carbon monoxide. The

erfindungsgemäßen Verfahrens verwandte Brennstoff sollte unter 20% vorzugsweise unter 10% flüchtige Bestandteile, bezogen auf einen trockenen, aschefreien Brennstoff enthalten. Es kann sich dabei um Koks oder Anthrazit handeln. Außerdem kann bituminöse, nichtbackende Kohle bei niedriger Temperatur verkokt werden, um die flüchtigen Bestandteile oder einen Teil derselben auszutreiben. In Pulverform kann der dabei anfallende Koks zum Herstellen der Pellets verwendet werden. In ähnlicher Weise kann der bei der Öldestillation anfallende Petrolkoks verwendet werden.Fuel used in the process according to the invention should contain less than 20%, preferably less than 10%, volatile constituents, based on a dry, ash-free fuel. It can be coke or anthracite. Bituminous, non-baking coal can also be used be coked at a low temperature in order to drive off the volatile constituents or part of them. In powder form, the resulting coke can be used to produce the pellets. The petroleum coke resulting from the oil distillation can be used in a similar manner.

Die Komponenten der Pellets müssen gründlich miteinander vermischt werden und eine geringe Korngröße besitzen, um einen guten Kontakt zwischen Kohlenstoff und Eisenoxyd zu gewährleisten. Es ist am günstigsten, wenn die Teilchen jeder Komponente eine Korngröße unter 1 mm besitzen, wenngleich die Teilchengröße jeder Mischung variiert, so daß vorzugsweise mindestens 85% der Teilchen eine 1 mm nicht übersteigende Größe besitzen sollten. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch mit größeren Teilchen durchgeführt werden, wenngleich in jedem Falle mindestens 75% der Teilchen nicht größer als 2 mm sein sollten.The components of the pellets must be thoroughly mixed with one another and have a small grain size in order to ensure good contact between carbon and iron oxide. It is most desirable for the particles of each component to have a particle size of less than 1 mm, although the particle size of each mixture will vary, so that preferably at least 85% of the particles should not exceed 1 mm in size. However, the process according to the invention can also be carried out with larger particles, although in any case at least 75% of the particles should not be larger than 2 mm.

Das Abbinden der Teilchen - damit die Pellets ihre Form bis zur Reaktionszone im Hochofen beibehalten - kann auf verschiedene Weise erfolgen. Insbesondere können warm- oder luftaushärtende Bindemittel verwendet werden.The setting of the particles - so that the pellets retain their shape up to the reaction zone in the blast furnace - can be done in different ways. In particular, heat-curing or air-curing binders can be used.

Die Bindung kann thermisch in einer Außenzone jeden Pellets stattfinden, so daß sich eine harte Schale um einen Kern ergibt, in dem eine dünne Schicht aus Erz und Schlackenbildnern ohne Kohlenstoff und alsdann ein Koks oder ein andererThe bonding can take place thermally in an outer zone of each pellet, so that a hard shell results around a core, in which a thin layer of ore and slag-forming agents without carbon and then a coke or another

kohlenstoffhaltiger Brennstoff als weitere Außenschicht auf die grünen Pellets aufgetragen wird, wo- nach die Pellets auf einem Wanderrost gesintert werden. Bei diesem Verfahren wir der Kohlenstoffüberzug verbrannt und bildet sich mindestens in der Außenzone eine Silikatbindung. Der Koks des Kerns bleibt dagegen unberührt, obgleich eine gewisse Reaktion mit dem Eisenoxyd stattfinden kann. Nach dem Sintern fällt ein gehärtetes Pellet an, das einen wesentlichen Gehalt an Kohlenstoff für die Reaktionen im Hochofen enthält. Der Kern des Pellets sollte dabei so viel Kohlenstoff enthalten, daß der Kohlenstoffverlust in der Außenschicht ausgeglichen wird.carbonaceous fuel is applied to the green pellets as an additional outer layer, where- after the pellets are sintered on a traveling grate. In this process, the carbon coating is burned and a silicate bond is formed at least in the outer zone. The coke of the core, on the other hand, remains unaffected, although a certain reaction with the iron oxide can take place. After sintering, a hardened pellet is obtained which contains a substantial amount of carbon for the reactions in the blast furnace. The core of the pellet should contain enough carbon to compensate for the carbon loss in the outer layer.

Eine lufthärtende Bindung kann mit Natriumsilikat oder anderen anorganischen Bindemitteln herbeigeführt werden, die der zu pelletisierenden Mischung beigemengt werden, so daß die Teilchen über den gesamten Querschnitt der Pellets abgebunden werden. So kann bespielsweise eine Lösung von Natriumsilikat beim Pelletisieren in einem Pelletisierungsteller oder einer Pelletisierungstrommel zugesetzt werden, worauf die grünen Pellets in Luft getrocknet oder mit Kohlendioxyd behandelt werden, um eine harte Silikatbindung herbeizuführen. Ein besonders geeignetes Verfahren besteht darin, daß die grünen Pellets auf ein Wanderrost gegeben und Gichtgas in unmittelbarem Kontakt mit den Pellets durch das Wanderrost geleitet wird. Vorteilhafterweise sollte auf jedem Pellet eine dünne koksfreie Außenschicht mit einer lufttrocknenden Bindung erzeugt werden, da andern- falls das Oxyd der Außenschicht mit dem im Kern freigesetzten Kohlenmonoxyd reagieren würde. Auf diese Weise kann der insgesamt für den Hochofenprozeß erforderliche Kohlenstoffgehalt weiter verringert werden. Eine derartige Außenschicht kann in derselben Weise erzeugt werden, wie bei thermisch abgebundenen Pellets.An air-hardening bond can be brought about with sodium silicate or other inorganic binders, which are added to the mixture to be pelletized, so that the particles are bonded over the entire cross-section of the pellets. For example, a solution of sodium silicate can be added during pelletizing in a pelletizing plate or pelletizing drum, after which the green pellets are dried in air or treated with carbon dioxide in order to bring about a hard silicate bond. A particularly suitable method is that the green pellets are placed on a traveling grate and furnace gas is passed through the traveling grate in direct contact with the pellets. Advantageously, a thin, coke-free outer layer with an air-drying bond should be created on each pellet, since other if the oxide of the outer layer would react with the carbon monoxide released in the core. In this way, the total carbon content required for the blast furnace process can be further reduced. Such an outer layer can be produced in the same way as with thermally set pellets.

Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen in einer beträchtlichen Brennstoffersparnis. Bei Einhaltung der erfindungsgemäßen Verfahrensbedingungen wird die Reduktionsgeschwindigkeit aufgrund des engen Kontaktes zwischen den Reaktionspartner beträchtlich beschleunigt. Auf diese Weise kann die Höhe des Hochofens geringer sein als beim üblichen Hochofenprozeß, zumal die Verbrennungswärme des Kohlenmonoxyds von der Beschickung rascher aufgenommen wird. Außerdem ist auch die je Tonne Eisen in den Hochofen eingeblasene Windmenge geringer, wodurch die Leistungsfähigkeit des Hochofens erhöht wird. Dementsprechend wird auch die Gichtgasmenge in starkem Maße verringert, wobei das Gichtgas gegenüber dem Gichtgas des herkömmlichen Verfahrens außerdem noch eine geringere fühlbare Wärme besitzt, die so gering ist, daß das Gichtgas im allgemeinen wertlos ist.The main advantages of the method according to the invention consist in a considerable saving in fuel. If the process conditions according to the invention are adhered to, the rate of reduction is considerably accelerated due to the close contact between the reactants. In this way, the height of the blast furnace can be less than in the usual blast furnace process, especially since the heat of combustion of the carbon monoxide is absorbed more quickly by the charge. In addition, the amount of wind blown into the blast furnace per ton of iron is also lower, which increases the efficiency of the blast furnace. Accordingly, the amount of blast furnace gas is also greatly reduced, the blast furnace gas also having less sensible heat than the blast furnace gas of the conventional method, which is so low that the blast furnace gas is generally worthless.

Obgleich sich das erfindungsgemäße Verfahren in jedem Hochofen durchführen läßt, ist es doch von besonderem Vorteil, einen Niederschachtofen zu verwenden, der einen dem Verfahren angepaßten Aufbau besitzt. Insbesondere sollte ein derartiger Niederschachtofen so beschaffen sein, daß zwecks Verbrennung des Kohlenmonoxyds zu Kohlendioxyd Verbrennungsluft in verschiedenen Höhen eingeblasen werden kann. Außerdem sollte der Ofen, dort, wo VerbrennungsluftAlthough the method according to the invention can be carried out in any blast furnace, it is of particular advantage to use a low-shaft furnace which has a structure adapted to the process. In particular, such a low-shaft furnace should be designed so that combustion air can be blown in at different heights for the purpose of burning the carbon monoxide to carbon dioxide. In addition, the stove should be where there is combustion air

eingeblasen wird, einen größeren Durchmesser besitzen, damit sich um dieis blown in, have a larger diameter so that around the

Beschickungssäule herum ein Ringraum bildet, durch den die Verbrennungsluft im wesentlichen horizontal hindurchströmen und sich gleichmäßig mit dem freigesetzten Kohlenmonoxyd vermischen kann.The charging column forms an annular space through which the combustion air can flow essentially horizontally and mix evenly with the released carbon monoxide.

Claims

1. A method for producing iron from iron ores in a shaft furnace, characterized in that the shaft furnace is coated with pellets made of fine ore and a fine fuel that is poor in volatile constituents, the fuel / ore ratio of which is at least sufficient for a complete reduction of the iron oxides with the formation of carbon monoxide, which, however, exceeds the stoichiometric amount by at most 20%, that the size of the pellets is sufficient to form a gas-permeable feed column and that their dimensional stability remains up to the reducing and slagging temperature, and that the feed is heated to the reducing and slagging temperature and the carbon in each Pellet reduces at least the largest part of the iron oxides with the formation of carbon monoxide, whereby this carbon monoxide burns with air or oxygen-enriched air and provides the heat required for the reduction and slag formation.

2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the shaft furnace is coated with pellets containing slag formers.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the shaft furnace is coated with pellets containing slag formers, the slag formers together with the ore residues and the fuel ash a slag with a CaO / SiO [deep] 2 ratio of 1.15 to 1 , 40 forms.

4. The method according to claims 1 to 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that is coated with pellets whose fuel content is 15 to 25% of the iron oxide in the ore.

5. The method according to claims 1 to 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the shaft furnace is operated with a slag number CaO / SiO [deep] 2 of 1.25 to 1.30.

6. The method according to claims 1 to 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the shaft furnace is coated with pellets containing limestone or magnesium oxide-containing limestone.

7. The method according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the shaft furnace is coated with quicklime containing pellets.

8. The method according to claims 1 to 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the shaft furnace with

Pellets made from a mixture of ore, carbon and sodium silicate solution, dried in air or treated with carbon dioxide.