DE19537283A1

DE19537283A1 - Verfahren zum Aufbereiten der Fines von reduziertem Eisenerz

Info

Publication number: DE19537283A1
Application number: DE19537283A
Authority: DE
Inventors: Dirk A Osing
Original assignee: Code Commercial Developme GmbH
Current assignee: Heckett Multiserv PLC
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 1997-04-10

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von staubförmigen bis fein teiligen zumindest teilweise reduzierten Eisenerzen, sogenannte Fines, die bei der Reduktion des Eisenerzes anfallen, für einen nachfolgenden metallurgischen Prozeß.

Beim Pelletieren werden Feinerze mit einem Korndurchmesser unter 0,2 mm nach Anfeuchten durch Rollieren und meist Mischen mit Bindemitteln, wie z. B. Betonit, zunächst stückig gemacht und anschließend werden die so erhaltenen Pellets durch Brennhärten (Sintern) verfestigt. Nur in stückiger Form und bei entsprechender Ab riebfestigkeit ist es möglich, die aufbereiteten Feinerze in einen nachfolgenden metal lurgischen Prozeß einzubringen. Ähnlich verhält es sich bei der Aufbereitung von Feinerzen durch Verfahren der Direktreduktion, wie sie dem Fachmann unter den Be zeichnungen COREX®; MIDREX® oder HYL® inzwischen bekanntgeworden sind. Beispielsweise beim MIDREX®-Verfahren wird das Feinerz in Wir belschichtreaktoren bei Temperaturen zwischen 500 und 800°C mit Reduktions gasen beaufschlagt. Als Reduktionsgase dienen H₂ und CO enthaltende Gas gemische, die daneben auch noch CO₂, H₂O, CH₄ und N₂ als weitere Komponenten enthalten. Das Aufbereiten erfolgt in einer Reihe von hintereinandergeschalteten Wirbelschichtreaktoren, bei denen sich der Metallisierungsgrad des Feinerzes also der Grad der Reduktion, von Reaktor zu Reaktor steigert, um Werte der Metallisierung zwischen 92 und 94% am Ausgang des letzten Wirbelschichtreaktors zu erreichen. Das auf diese Weise reduzierte Feinerz wird anschließend heißbrickettiert, um die Stückform zu erreichen, die für den nachgeschalteten metallurgischen Prozeß erfor derlich ist.

Sowohl beim Sintern, wie auch beim Aufbereiten der Feinerze nach einem der vorge nannten Verfahren fallen eisenhaltige Stäube, nämlich die Fines an, die sehr fein und außerordentlich reaktiv sind. Die Reaktionsfreudigkeit richtet sich nach dem jeweili gen Metallisierungsgrad, mit dem die Stäube anfallen. Daneben enthalten die Stäube auch noch Anteile an nicht umgesetztem Kohlenstoff. Unter Fines werden deshalb im Sinne der vorliegenden Anmeldung eisen- und kohlenstoffhaltige Staube mit Korngrößen zwischen 0 und 6 mm ⌀ verstanden, wobei der Feinstanteil am Korn größenbereich mengenmäßig überwiegt.

In dem Zustand, wie die Fines anfallen, können nicht in einen metallurgischen Prozeß eingeblasen werden, weil sie aufgrund ihrer hohen Dichte nicht blasfähig sind.

Auch das Rückführen dieser Fines in einen Prozeß der Vorreduktion gelingt nicht; am Ende bleibt immer wieder an irgendeiner Stelle des Aufbereitungsprozesses eine Menge an Fines übrig, die entsorgt werden muß, weil sie technisch oder wirt schaftlich nicht anders verwertet werden kann.

Hieraus ergibt sich als Aufgabe für die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor zuschlagen, womit Fines, die bei der Reduktion von Eisenerzen in Korngrößen zwischen 0 und 6 mm ⌀ anfallen, auf wirtschaftliche Weise zu einem Produkt auf bereitet werden können, das für die weitere Verwendung in einem metallurgischen Prozeß geeignet ist. Zugleich soll das Verfahren einfach und betriebssicher sein und Produkte erzeugen, die den nachfolgenden metallurgischen Prozeß günstig beein flussen und insbesondere das Schäumen der Schlacke fördern.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die Fines mit einem feinkörnigen Trägermaterial von geringer Dichte innig vermischt, bis ein krümeliges Mischprodukt entsteht, von dem eine Feinfraktion zwischen 0 und 6 mm Korngröße absiebbar ist, die in den metallurgischen Prozeß einblasbar ist.

Als Trägermaterial kommen im einfachsten Fall solche Stoffe in Betracht, die sich in dem nachfolgenden metallurgischen Prozeß neutral verhalten, also beispielsweise Sty roporkügelchen oder Kügelchen aus Blähton. Solche Stoffe werden bevorzugt dann verwendet, wenn der Staub der Fines bereits selbst einen ausreichend hohen Anteil an Kohlenstoff aufweist. Hierbei genügt es zumeist, Trägermaterial und Fines im trockenen Zustand miteinander zu vermischen, weil elektrostatische Kräfte das Haften der Fines am Trägermaterial bewirken. Wo diese Haftung nicht besteht oder ausreicht, kann sie mit Zugaben von Wasser herbeigeführt bzw. gefördert werden.

Dort, wo Fines aufbereitet werden sollen, die keinen oder einen zu geringen Anteil an Kohlenstoff aufweisen, wird die Verwendung eines kohlenstoffhaltigen Träger materials vorgesehen. Hierzu eignen sich vor allem Kokse aus Stein- oder Braun kohle bzw. Petrolkoks, weil die Kokse aufgrund ihrer Oberflächenstruktur und Porosität besonders dazu geeignet sind, die staubförmigen Fines auf ihrer Oberfläche anzulagern. Aber auch feinteilige bis staubförmige Fraktionen von Stein- oder Braunkohle sind als Trägermaterial geeignet ebenso wie feinteilige Shredderleicht fraktionen aus Kunststoffen. Letztere neigen dazu, flockenähnliche Aggregate zu bilden und sind in dieser Form selbst nicht blasbar.

Als Kriterium für die Auswahl des geeigneten Trägermaterials gilt der Einsatz des Misch-, Reaktions- oder Kombinationsproduktes in dem jeweiligen metallurgischen Prozeß, bei welchem stets das Schäumen der Schlacke angestrebt wird. Dement sprechend werden für das Einblasen in einen Elektrolichtbogen- oder Kupolofen kohlenstoffhaltige Trägermaterialien bevorzugt, die einen niedrigen Anteil an flüchtigen Bestandteilen aufweisen. Dazu zählen Braunkohlenkoks, Anthrazit, Petrolkoks und Koksgrus. Für das Einblasen in einen Hochofen sind demgegenüber kohlenstoffhaltige Trägermaterialien besser geeignet, die einen hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen aufweisen. Der Anteil der Flüchtigen am gesamten Kohlenstoffgehalt der für den Hochofenprozeß vorgesehenen Trägermaterialien sollte möglichst größer als 8% sein. Dazu gehört beispielsweise die Braunkohle sowie andere niedrig inkohlte Kohlensorten.

Jedenfalls wird zur Förderung des Schäumens der Schlacke angestrebt, daß das Misch-, Reaktions- oder Kombinationsprodukt einen Kohlenstoffgehalt aufweist, der zwischen 20 und 45 Gew.-% beträgt. Im Einzelfalle sind daher die Trägermaterialien im Hinblick auf die vorliegenden Fines durch Vorabanalysen auszuwählen und zu bestimmen. Der Vollständigkeit halber ist festzustellen, daß die Misch-, Reaktions bzw. Kombinationsprodukte noch Anteile an Fe, FeO, Fe₂O₃, CaO und CaCO₃ aufeisen, wobei die Restfeuchte zwischen 5 und 15 Gew.-% betragen kann.

Auch macht sich die Erfindung die Reaktionsfreudigkeit der Fines zunutze. Je nach Metallisierungsgrad reagieren die Fines mit Wasser unter Bildung von Eisenoxid, wobei Wärme frei wird.

Durch das Vermischen mit Schlamm wird der jeweilige Metallisierungsgrad der Fines durch Reaktion mit der Feuchtigkeit, d. h. dem im Schlamm enthaltenen Was ser, wieder herabgesetzt indem sich Eisenoxid bildet. Die bei der exothermen Reak tion freiwerdende Wärme läßt zwar einen Teil der schlammeigenen Feuchtigkeit verdampfen, sie trocknet aber zugleich das Reaktionsprodukt und läßt es krümelig werden.

Das auf diese Weise gewinnbare Reaktionsprodukt zeichnet sich allerdings, wie Beobachtungen an einem Vorratsbunker (Länge 10 m, Breite 5 m, Höhe 5 m, Lager menge 650 t) gezeigt haben, noch durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit aus. Beispielsweise wurden in dem Produkt nach mehrtägiger Lagerung in dem Vorratsbunker noch Temperaturen in der Größenordnung von 50°C gefunden, was nicht erwünscht ist. Nach dieser Erfahrung wird vorgeschlagen, das Reaktionspro dukt in einer Weise zu lagern, daß es ausdünsten kann.

Das Verfahren zur Aufbereitung der Fines für einen metallurgischen Prozeß konnte demnach erst durchgeführt werden, nachdem gefunden wurde, daß man den Fines eine feinkörnige Trägersubstanz zufügen muß, die eine geringe Dichte aufweist. Allein durch die damit erreichte Herabsetzung der Dichte des Misch-, Reaktions- oder Kombinationsproduktes auf Werte zwischen 1, 2 und 4 g/cm³ konnten diese in einen blasfähigen Zustand überführt werden. Die vorgegebenen Leitungsquerschnitte üblicher Einblasvorrichtungen in der Größenordnung zwischen ½ und - 2′′ machten ein Absieben der Produkte auf Korngrößen unterhalb von 6 mm ⌀ erforderlich. Übliche Einblasdrücke betragen beim Elektrolichtbogenofen etwa 4-5 bar und beim Hochofen 5-6 bar.

Neben den bereits genannten haben ihre Eignung als Trägermaterial auch Holzspäne und feine Schnitzel von Kunststoffen erwiesen.

Das Vermischen des an sich trockenen Trägermaterials mit den Fines kann sowohl unmittelbar als auch mittelbar erfolgen.

Im ersten Falle werden Fines und Tragmaterial zuerst miteinander vermischt und ggf. anschließend mit etwas Wasser oder mit dem feuchten kohlenstoffhaltigen Schlamm; im zweiten Falle werden kohlenstoffhaltiger Schlamm und Trägermaterial zuerst miteinander und anschließend mit den Fines vermischt. Aber auch ein gleich zeitiges Vermischen von Fines, Trägermaterial und kohlenstoffhaltigem Schlamm ist möglich. Welche Art des Vermischens jeweils die günstigste ist, muß von Fall zu Fall und ggf. nach vorherigem Versuch entschieden werden.

In der vorbeschriebenen Konsistenz bei Korngrößen zwischen 4 und 6 mm ⌀ läßt sich das Reaktionsprodukt recht gut in einen metallurgischen Prozeß einblasen, ohne diesen Prozeß zu ersticken. Allerdings haben Versuche mit einem aus Fines, ölhalti gem Walzzunderschlamm, Feinkohle (Petrolkoks), E-Filterstaub und Branntkalk bestehenden Kombinationsprodukt beim Einblasen in einen Elektrolichtbogenofen gezeigt, daß feinere Kornfraktionen des abgesiebten Kombinationsproduktes unter halb 4 mm Korngröße eine bessere Umsetzung des Einblasproduktes in der Schmelze erbrachten als eine Kornfraktion unterhalb von 6 mm Durchmesser die ses wird auf die größere Gesamtoberfläche der kleineren Kornfraktion zurückgeführt.

Darüberhinaus ist das krümelige Reaktionsprodukt gut lagerbar. Sobald es ausrea giert ist, verhält es sich neutral und eignet sich vor allem auch zur pneumatischen Förderung.

Unter der Voraussetzung, daß sich das Trägermaterial weitgehend neutral verhält, d. h. daß es weder übermäßig viel Wasser aufsaugt, noch mit den übrigen Komponen ten chemisch reagiert, ist entsprechend dem jeweiligen Metallisierungsgrad der re duzierten Fines und entsprechend dem jeweiligen Wassergehalt des mit den Fines zu vermischenden Schlammes die Menge des zuzufügenden Schlammes unterschiedlich und muß von Mal zu Mal experimentell bestimmt werden; als Kriterium gilt jeweils das Erzielen einer krümeligen Konsistenz. Die Metallisierungsgrade der in Betracht kommenden Fines können sich dabei zwischen 15 und 95% bewegen.

In Betracht kommt das Einblasen des Misch-, Reaktions- oder Kombinationsproduk tes in den Hochofen, den Elektrolichtbogenofen, den Konverter oder den Kupolofen.

Aber auch zum Einblasen in den Zementdrehofen sind die Produkte geeignet, obwohl es sich dabei nicht mehr um einen metallurgischen Prozeß im engeren Sinne handelt. Im Prinzip ist die Verwendung von Schlämmen jeglicher Art, das heißt auch von metall- und mineralhaltigen Schlämmen möglich, jedoch ist dabei abzuwägen, ob bei einer Verwendung von metallhaltigen Schlämmen die im metallurgischen Prozeß entstehende Legierung noch der Rezeptur entspricht und ob bei einer Ver wendung von mineralhaltigen Schlämmen die entstehende Schlackenmenge die Wirtschaftlichkeit des Stahlerzeugungsprozesses nicht negativ beeinflußt. Im ein fachsten Falle ist also auch eine Behandlung der Fines mit Kohlenschlamm möglich, wie er beim Waschen von Steinkohle anfällt. Dagegen spricht allerdings, daß solcher Steinkohleiischlamm nur einen niedrigen Heizwert hat, weil er einen hohen Anteil an taubem Bergematerial aufweist, welches nur die Schlackenmenge des metallur gischen Prozesses vergrößert, aber zum Schäumen der Schlacke nichts beiträgt.

Im Sinne der Erfindung werden deshalb bevorzugt energiereiche Schlämme verwen det, wie sie beispielsweise in der Form von ölhaltigem Walzzunderschlamm, Bleich erde oder von Schlämmen anfallen, die Braunkohlenstaub oder Koksstaub von Stein- oder Braunkohle enthalten oder von Abfallschlämmen, die z. B. bei der Petrochemie anfallen. Solche Schlämme verringern zugleich den Energiebedarf des nachfol genden metallurgischen Prozesses, wie sie auch dazu geeignet sind, einen Teil von dessen Kohlenstoffbedarf zu decken. Obwohl besonders Walzzunderschlamm bekanntermaßen regelmäßig mit Fremdkörpern durchsetzt ist, spielen solche Verun reinigungen im vorliegenden Einsatz keine Rolle, weil sich die Fremdkörper beim Behandeln der Fines von den Schlämmen separieren und nach der innigen Ver mischung der beiden Komponenten beim Absieben ausgehalten werden. Ähnlich verhält es sich mit dem Aushalten von größeren Klumpen oder Aggregaten, die ge legentlich beim Vermischen entstehen können.

Geeignet ist auch die Verwendung von Schlämmen, die bei der Naßentstaubung an Erzreduktionsanlagen anfallen. In gleicher Weise sind die dort bei einer Trock enentstaubung anfallenden Stäube dazu geeignet, den Fines beigemischt zu werden, sofern sie nicht bereits selbst diese Fines bilden.

Weiterhin geeignet sind Schlämme, die bei der Naßentstaubung von Hochöfen, Kupolöfen, Elektrolichtbogenöfen, Konvertern, Sinteranlagen und Oberflächenbe handlungsanlagen zum Schleifen und Polieren von Metallen anfallen. Auch hierbei gilt, daß die entsprechenden Stäube der Trockenentstaubung den Fines beigemengt werden können, sofern sie nicht bereits selbst die Fines bilden.

Da zu einem metallurgischen Prozeß bekanntlich auch die Zugabe von Kalk gehört, ist nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, den Kalkbedarf durch die Zufuhr von Substanzen zu decken, die freien Branntkalk, CaO, aufweisen. Erfindungsgemäß wird also die zur Bildung des Reaktionsproduktes erforderliche Menge an Schlamm über das jeweilige Erfordernis hinaus erhöht und dem Reaktionsprodukt wird zusätzlich noch Flugasche zugeführt. Der freie Branntkalk der Flugasche reagiert mit der Restfeuchtigkeit des Schlammes unter Bildung von Kalkstein, CaCO₃, wobei ebenfalls Wärme frei wird. Der Kalkstein begünstigt den nachgeschalteten metallurgischen Prozeß und die freiwerdende Wärme das Krümeligmachen des so erzeugten Kombinationsproduktes.

Bevorzugt wird die Verwendung von Flugasche, die bei der Verbrennung von schwe felarmen fossilen Brennstoffen, und darunter fällt in erster Linie die Rheinische Braunkohle, im Elektrofilter hinter dem Kraftwerkskessel aus dem Rauchgas ab geschieden wird. Aber auch solche Flugasche ist geeignet, die bei der Behandlung der Brennstoffe nach dem Trocken-Additiv-Verfahren anfällt, d. h., wo dem Brennstoff zur Einbindung des Schwefels vor der Verbrennung Kalkstein zugefügt wurde. Diese sogenannten TAV-Aschen sind in dem Umfange verwendbar, wie der darin eingebundene Schwefel den nachfolgenden metallurgischen Prozeß nicht negativ beeinflußt.

Aber auch die Verwendung von Gichtgasstaub oder -schlamm kommt in Betracht, der bei der Reinigung von Gichtgas am Hochofen anfällt. Beide enthalten noch Reste an nicht umgesetztem Kohlenstoff und Kalkstein sowie Eisen- und Eisenoxidan teilen, die die Verwendung der damit aufbereiteten Fines in dem metallurgischen Prozeß begünstigen. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Merk malen der einzelnen Unteransprüche. Nachfolgend wird die Erfindung an einem Aus führungsbeispiel näher beschrieben.

Im Versuch wurde einer Menge von 1 kg Eisenschwammfeinstmaterial, ent sprechend den Fines, nacheinander unterschiedliche Wassermengen zugeführt und damit verrührt. Die einsetzende Reaktion des Eisenoxids mit dem Wasser wurde an der dabei festzustellenden Temperaturerhöhung gemessen. Die Meßwerte sind in den nachfolgenden Tabellen I bis III verzeichnet und in den entsprechenden Grafiken, Fig. 1 bis 3, veranschaulicht.
Ausgangsmaterial: 1 kg Eisenschwammfeinstmaterial im Becherglas bei 20°C.

I. Zugabe von 5 Gew-% Wasser entsprechend 50 g. Ergebnis: die Temperatur steigt im Laufe von 6 min um 4°C und bleibt danach konstant.

Tabelle I. dazu Fig. 1
Zeit in Minuten
Temperatur in °C
0
20
2	23
4	23
6	24
8l	24
10	24

II. Der Mischung aus I. werden weitere 50 g Wasser zugeführt und beides wird 4 min lang von Hand gerührt. Ergebnis: die Temperatur steigt im Laufe von 16 min um weitere 7°C und bleibt danach konstant.

Tabelle II. dazu Fig. 2
Zeit in Minuten
Temperatur in °C
0
25
2	26
4	27
6	27,5
8	28
10	29
12	30
14	31
16	32
18	32
20	32
22	32

III. Der Mischung aus II. werden weitere 50 g Wasser zugefügt und beides wird 3 min lang von Hand gerührt. Ergebnis: Die Temperatur steigt langsam im Laufe von 18 min um weitere 3,5°C an und bleibt danach konstant.

Tabelle III. dazu Fig. 3
Zeit in Minuten
Temperatur in °C
0
32
2	32,5
4	33
6	33,5
8	34
10	34
12	34,5
14	35
16	35
18	35,5
20	35,5
22	35,5
24	35,5

Wie daraus erkennbar, setzte die lebhafteste Reaktion in der Mischphase U ein und klingt in der Mischphase III allmählich ab.

Grundsätzlich gilt die vorstehende, am Beispiel des Eisenoxid aufgezeigte Beschreibung auch für alle anderen Metalle bzw. Metalloxide, bei deren Oxidierung Wärme entsteht.

Claims

1. Verfahren zum Aufbereiten von staubförmigen bis feinteiligen zumindest teil weise reduzierten Eisenerzen, sogenannten Fines, die bei der Reduktion des Erzes anfallen, für einen nachfolgenden metallurgischen Prozeß, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fines mit einem feinkörnigen Träger material von geringer Dichte innig vermischt bis ein krümeliges Mischprodukt entsteht, von dem eine Feinfraktion zwischen 0 und 6 mm Korngröße absiebbar ist, die in den metallurgischen Prozeß einblasbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Träger material ein kohlenstoffhaltiges Material wie Feinkoks oder Koksstaub aus Stein- oder Braunkohle, Feinkohle oder Kohlenstaub von Stein- oder Braun kohle, feinteiligen oder staubförmigen Petrolkoks oder Kunststoffe in Form von Styroporkügelchen oder einer feinteiligen Shredderleichtfraktion verwendet.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Verbesserung der Haftung zwischen den Fines und dem Träger material dem Mischprodukt geringe Mengen an Wasser zufügt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man durch Zufügen eines Feuchtigkeit und Kohlenstoff enthaltenden Schlammes zum Mischprodukt und inniges Vermischen damit ein krümeliges Reaktionsprodukt erzeugt, von dem eine Feinfraktion zwischen 0 und 6 mm Korngröße absiebbar und in den metallurgischen Prozeß einblasbar ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man mit einer Überschußmenge an Schlamm arbeitet und dem Reaktionsprodukt eine staubförmige bis feinteilige Substanz, die freien Branntkalk enthält, in solcher Menge beifügt, bis ein krümeliges Kombinationsprodukt entsteht, welches in den metallurgischen Prozeß einblasbar ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man einen ölhaltigen Walzzunderschlamm verwendet oder einen Schlamm, der bei der spanabhebenden Bearbeitung von Stahl oder für Legierungen von Stahl geeigneten Metallen mittels ölhaltiger Schneidflüssigkeiten anfällt.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man mit Schlamm arbeitet, welcher beim Behandeln von Gichtgas mit Wasser anfällt.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man mit Flugasche arbeitet, die bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen, welche Calzium enthalten, hinter dem Kraftwerkskessel anfällt.

9. Verfahren nach Ansprüchen 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß man mit Flugasche arbeitet, die bei der Reinigung von Rauchgasen mit Hilfe von Kalkstein oder Calziumhydroxid hinter dem Kraftwerkskessel anfällt.

10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man mit Gichtgasstaub arbeitet.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man von dem Reaktions- oder Kombinationsprodukt eine blasfähige Feinfraktion absiebt und das Überkorn ggf. zerkleinert, um es der Fein fraktion zuzuschlagen.