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DE3135780A1 - Anordnung zur reduktion von metalloxyd - Google Patents

Anordnung zur reduktion von metalloxyd

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DE3135780A1
DE3135780A1 DE19813135780 DE3135780A DE3135780A1 DE 3135780 A1 DE3135780 A1 DE 3135780A1 DE 19813135780 DE19813135780 DE 19813135780 DE 3135780 A DE3135780 A DE 3135780A DE 3135780 A1 DE3135780 A1 DE 3135780A1
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DE
Germany
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electrode
arrangement according
reduction
arrangement
direct current
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19813135780
Other languages
English (en)
Inventor
Sven-Einar 72463 Västerås Stenkvist
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Norden Holding AB
Original Assignee
ASEA AB
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Publication date
Application filed by ASEA AB filed Critical ASEA AB
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/001Injecting additional fuel or reducing agents
    • C21B5/002Heated electrically (plasma)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/12Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in electric furnaces
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Description

Anordnung zur Reduktion von Metalloxyd
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Reduktion von Metalloxyd gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. '
Es gibt mehrere Verfahren zur Durchführung der Reduktion von beispielsweise Eisenoxyd, wie z.B. Eisenschwamm-, Schmelzreduktions- und Hochofenprozesse. Auch für die Reduktion anderer Metalloxyde sind mehrere Verfahren bekannt.
Die Reduktion wird beispielsweise bei ochmclzi-eduktionspro^uB-sen bei einer Temperatur durchgeführt, die den Schmelzpunkt der Reduktionsprodukte übersteigt. Man hat hierbei u.a. Gleichstromlichtbogenöfen verwendet, wobei das Oxyd mit dem Reduktionsmittel dem Lichtbogen und dem Lichtbogenfleck durch Kanäle in den Elektroden zugeführt wird.
Eine andere Art der Schmelzreduktion, die eventuell·nach einer Vorreduktion erfolgt, wobei man Metall aus Metalloxyden, beispielsweise Eisen aus Eisenoxyden (wie z.B. Eisenerzschlich) gewinnt, besteht darin, daß das vorreduzierte oxydische Mate-ZA
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rial und eventuelle' Schlackenbilder sowie ein Trägergas in einen Reaktor, wie z.B. einen Schachtofen, der-mit einem festen Reduktionsmittel gefüllt ist, unter gleichzeitiger Energiezufuhr eingeblasen werden. Das gesamte eingeblasene feste Material wird im unteren Teil der Chargensäule festgehalten, um das oxydische Material zur augenblicklichen Endreduktion, Schmelzung usw. zu bringen. Man hat hierbei eine Energiezufuhr in Form von Plasmabrennern vorgeschlagen, doch ist es bisher nicht gelungen, derartige Brenner in industriell verwendbarer Ausführung mit ausreichender Leistung, ausreichender Zuverlässigkeit und Lebensdauer bei annehmbaren Kosten zu entwickeln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Schmelzreduktion der eingangs genannten. Art zu entwickeln, bei der die Schwierigkeiten bei der Schaffung geeigneter Brenner beseitigt sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird, eine Anordnung nach dem Oberbegriff, des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen genannt.
Die Endreduktion und das Schmelzen der Charge, beispielsweise von vorreduziertem oxydischem Material, muß auf bekannte Weise unter Anwesenheit eines festen Reduktionsmittels geschehen, und
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von der Endreduktion entweichende Gase können bei der im Ablauf des Gesamtprozesses vorher stattfindenden Vorredukt'ion ohne Anwesenheit von festem Reduktionsmittel verwendet werden. Die zusätzliche Energie wird der Endreduktions- und Schmelzzone mittels eines Energieträgers zugeführt, und der Brenner nach' der'Erfindung ist zu diesem Zweck außerordentlich gut geeignet, ohne daß sich die bei früher vorgeschlagenen Brennern auftretenden Probleme bemerkbar machen. Der Brenner wird unten am Ofen placiert, und die Endreduktion sowie das Schmelzen können augenblicklich geschehen. Das geschmolzene Metall rinnt auf übliche Weise zum Boden, von dem es intermittierend oder kontinuierlich abgelassen werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zwischen der Elektrode und der Charge in einer Kavitationshöhle an der Elektrodenspitze ein Lichtbogen gezündet, wobei die Elektrode am negativen und die Charge über.die Kontaktelektrode am positiven Pol der Gleichstromquelle angeschlossen ist.
Anhand des in der Figur gezeigten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist in der unteren Wand eines Schachtofens 5 in der Endreduktions- und Schmelzzone in einer Öffnung mindestens eine Gleichstromelektrode 1 angeordnet, die an den negativen Pol (Kathode) einer Gleichstromquelle angeschlossen ist. Es können auch mehrere an die Kathode der Gleichstromquelle angeschlossene Elektroden vorhanden sein,
I O 3 / ö U
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die an verschiedenen Stellen am Umfang des Ofens 5 .verteilt werden, was in der Figur jedoch nicht dargestellt ist. Die •Gleichstromelektrode hat die Placierung , die bereits beispiels· ■ weise für Plasmabrenner für eine solche bekannte Endreduktion vorgeschlagen wurde.. Die Elektrode besteht aus Graphit, und sie brennt in einer Kavitationshöhle 6 im Koksbett. Das eingespritzte Kohlepulver ist das hauptsächliche Reduktionsmittel. Natürlich gehört hierzu auch der Koks, jedoch nur in geringerem Maße. Dies ist für die Wirtschaftlichkeit.des Prozesses wichtig. Die wesentliche Aufgabe des Kokses besteht in folgendem:
Die Schmelzreduktionszone selbst besteht aus einem Hohlraum in einem mit Koks gefüllten Schacht, der dem Verbrennungsraum vor einer Blasöffnung in einem Hochofen ähnelt. In die Schmelzreduktionszone wird vorreduzierter Schlich zusammen mit Schlakkenbildern und Reduktionsmittel, Kohlenpulver oder zähflüssiges öl, injiziert, und gleichzeitig wird Wärme durch den Lichtbogen zugeführt.' Die Gastemperatur, die im Lichtbogen 5-7000° K beträgt, sinkt aufgrund der stark endothermen Reduktionsreaktionen schnell auf eine Mitteltemperatur von 2-2500 K in der Reduktionszone. Der vorreduzierte Schlich wird endreduziert und -schmilzt unmittelbar und sammelt sich als flüssiges Roheisen zusammen mit der Schlacke am Boden des Schachtes, von wo er in gleichmäßigen Intervallen abgegossen wird. Das bei der Endreduktion gebildete Gas, das kleinere Gehalte von Kohlenstoff dioxyd und Wasser enthält, wird von der Kohle weiter oben im Schacht reduziert und verläßt den Schacht als reine Kohlen-
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oxyd-Wasserstoff-Mischung bei 1300 - 15000K. Das hauptsächliche Reduktionsmittel ist Kohle oder Öl, während die Aufgabe des Kokses darin besteht, einen gas- und flüssigkeitsdurchlässigen Reduktionsraum zu bilden, der hohen Temperaturen standhält, reduzierende Verhältnisse an den keramischen.Wänden zu garantieren, kleinere Schwankungen in der Reduktionsmittelzufuhr auszugleichen und einen gleichmäßigen Kohlegehalt im f'oheisen zu sichern·.
Die aus dem Schacht entweichende Kohlenoxyd-Wasserstoff-Mischung wird auf eine zur Vorreduktion geeignete Temperatur abgekühlt und in einem Zyklon gereinigt, worauf sie zu der Vorreduktionsstufe gelangt. Dadurch, daß die Schmelzreduktionsstufe aus einem völlig geschlossenen System besteht, hat das Gas bereits beim Verlassen des Schachtes den richtigen Druck für die Vorreduktionsstufe, so daß auf Pumpen für das heiße Gas verzichtet werden kann. Ein kleinerer Teil des Gases wird jedoch gekühlt und komprimiert, um als Treibgas für die Zufuhr des vorreduzierten Schliches und der Schlackenbilder verwendet zu werden.
Bei .der Verwendung dieser Anordnung werden Prozeßgas sowie Kohle, Kalk und Schlich, d.h. das Oxyd enthaltende Material, das reduziert werden soll, durch eine die Elektrode 1 umgebende Düse 2 eingeblasen. Es ist auch möglich, das Einspritzen durch einen Zentrumskanal in der Elektrode vorzunehmen (nicht gezeigt).
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Der positive Pol der Gleichstromquelle wird entweder an eine leitende Bodenelektrode oder, wie in der Figur gezeigt, an eine Kontaktanode 3 angeschlossen, welche den Strom ins Koksbett leitet· Diese Anodenplacierung hat den Vorteil, daß der •Neigung des Lichtbogens 7, aufgrund der Wärmekonvektion im Koksbett nach oben zu treiben, entgegengewirkt wird." Die von den Strömen herrührenden elektromagnetischen Kräfte drücken den Lichtbogen 7 bei der gezeigten Anodenplacxerung nach unten.
Der Lichtbogen hat die Neigung, von der Seitenfläche oder den Seitenflächen der Elektrode 1 zu brennen, was auf-verschiedene Weise verhindert werden kann.
Man kann durch den Fluß aus Prozeßgas und Material, u.a. des Oxyd enthaltenden Materials, der aus der die Elektrode 1 um schließenden-Düse 2 kommt, der Neigung des Lichtbogens, von den Seitenflächen zu brennen, entgegenwirken. Auch kann man mit Hilfe eines Elektromagneten A, der ebenfalls die Elektrode umgibt, ein axial zur Elektrode 1 verlaufendes magnetisches Feld erzeugen. Auf einen in Längsrichtung der Elektrode 1 brennenden Lichtbogen wird von diesem Magnetfeld keine Kraft ausgeübt. Auf eine senkrecht zur Elektrode 1 brennende Lichtbogenkomponente wird vom Magnetfeld jedoch eine Kraft ausgeübt, die den Bogen in eine rotierende Richtung ablenkt und bestrebt ist., die in der Figur gezeigte Längsrichtung des Lichtbogens wieder herzustellen. Der Lichtbogen hat daher eine bevorzugte Lage, die in Längsrichtung der.Elektrode verläuft. Er liefert also auf die gleiche Weise .wie die vorge-
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- 9 schlagenen Plasmabrenner elektrische Energie für den Prozeß.
Bei größeren Öfen, oder wenn aus anderen Gründen eine größere Energiezufuhr gewünscht wird, kann man, wie erwähnt, mehrere Elektroden vorsehen. Statt der Graphitelektroden kann man auch sog. Söderberg-Elektroden -verwenden. Das Ablassen von Schlacke kann beispielsweise durch die Öffnung 8 geschehen, während ausreduziertes Metall, wie z.B. Eisen, durch die. öff- ^ nung 9 abgelassen wird. Das Ablassen kann intermittierend oder kontinuierlich erfolgen. Die Kokszufuhr geschieht über die Zuführanordnung 10 in der Figur. Natürlich kann auch die Schlichzufuhr auf andere Weise als durch die Düse 2 geschehen. Das Verfahren bei der Verwendung der Anordnung nach dc3r Erfindung kann wie folgt ablaufen:
Die Beschickung geschieht mit festem Reduktionsmittel, in diesem Fall Kohle oder Koks, durch eine Anordnung, wie 'z.B. eine als gasdichte Schleuse ausgebildete Zufuhranordnung 10 oben am Ofen (Reaktor) . Das vorreduzierte, oxydische Material wird durch die Düsen 2 in den Reaktor eingcblasen. Das Einblasen kann mit Hilfe eines inerten oder reduzierenden Gases geschehen; Gleichzeitig kann man Reduktionsgas, Kalk oder Kohlenwasserstoff, beispielsweise durch die Düse 2 einblasen. Hierbei erfolgen die Endreduktion und das Schmelzen augenblicklich, und das geschmolzene Metall, in diesem Fall Eisen, rinnt unter gleichzeitiger Aufkohlung zum Boden hinunter, von wo das erhaltene Roheisen und die Schlacke kontinuierlich und intermittierend durch Gießlöcher 9 bzw. 8 abgegossen werden können. Die
Temperatur im Reaktor kann auf übliche Weise, beispielsweise mittels Sauerstoff und Wasser oder mit Hilfe der zugeführten elektrischen Energie,gesteuert oder geregelt werden.
Die Erfindung kann im "Rahmen des offenbarten- allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1. Anordnung zur Reduktion von Metalloxyd, wie Eisenoxyd und ähnliches Oxyd enthaltendes Material, mit einem Reaktor in Form eines Schmelz- oder Hochofens mit mindestens einem Brenner in der Ofenwand, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Brenner mindestens eine an einen Pol einer Gleichstromquelle angeschlossene Elektrode (1) enthält/enthalten, die in einer Öffnung in der Ofenwand angebracht ist, und daß an eine Kontaktelektrode (3) im Boden oder in bzw. an der Ofenwand der andere Pol der Gleichstromquelle angeschlossen ist.
    2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtbogen (7) zwischen der Elektrode und der Charge in einer Kavitationshöhle (6) an der Spitze der Elektrode (1) erzeugt wird, wobei die Elektrode an die Kathode und die Charge, über die Kontaktelektrode an die Anode der Gleichstromquelle angeschlossen ist.
    3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kavitationshöhle (6) Prozeßgas und/oder Kohle, Kalk und Schlich, z.B. Eisenerzschlich, das im Ofen reduziert werden soll, eingeblasen oder eingespritzt werden.
    A. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für das Einspritzen eine die Brennerelektrode (1) umgebende Düse
    /2
    * ww* *
    (2)" vorhanden ist.
    5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest für ein teilweises Einspritzen ein Zentrumskanal in der Elektrode (1) vorhanden ist.
    6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an oder um die Elektrode (1) eine oder mehrere Elektromagnete (A) derart angeordnet sind, daß
    · Lichtbögen, die von der Seitenfläche/den Seitenflächen der Elektrode (1) ausgehen, verhindert werden.
DE19813135780 1980-09-17 1981-09-10 Anordnung zur reduktion von metalloxyd Withdrawn DE3135780A1 (de)

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