DE69901126T2 - Kohlenstoffreiche Eisen enthaltende Briketts und deren Herstellungsverfahren - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung kohlenstoffreicher Briketts sowie auf ein kohlenstoffreiches Brikett. Briketts dieser Art werden häufig als Beschickungsmaterial, insbesondere in Eisen- und Stahlerzeugungsverfahren, eingesetzt.
• Die Herstellung eines entsprechend stabilen Agglomerats aus feinen oder groben Eisenoxidpartikeln zur Verwendung als Beschickungsmaterial in Eisen- und Stahlerzeugungsöfen ist ein gut eingeführter und rasch expandierender Bereich. Die Herstellung solcher Agglomerate erfolgt mittels Bindepartikeln unter Verwendung geeigneter Zementierpartikel oder Bindemittel und nachfolgender Sinter-, Brenn- und Zementierverfahren. Die Heißbrikettierung ist ein Verfahren, durch welches Eisenerzpartikel unter Anwendung von Verdichtungstechniken und der zweckmäßigen Kombination aus chemischer Reduktion, Wärme und Druck agglomeriert werden. Unter Anwendung solcher Techniken hergestellte Briketts sind handelsüblich unter heißbrikettiertem Eisen (hot briquetted iron - HBI) bekannt. Die Heißbrikettierungstechnik ohne Bindemittel wird erfolgreich durchgeführt unter Verwendung von hochmetallisierten Materialien, die ungefähr 0,01% bis maximal 2% Kohlenstoff enthalten. Wenn der Kohlenstoffgehalt 2% überschreitet, entsteht durch bekannte Verdichtungstechniken kein ausreichend stabiles Agglomerat.
• Daher besteht Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung von Briketts aus einem Ausgangsmaterial mit einem höheren Kohlenstoffgehalt.
• JP-A-62227045 offenbart das Warmpreßformen von vorreduziertem Eisenerz mit einem Metallisierungsgrad von 30-80% in Beimengung zu kohlenstoffreichem Material, wodurch Formteile erhalten werden, die die Wärmeplastizität des metallischen Eisenbestandteils aufweisen.
• Die Schrift SU-A-852952 informiert darüber, dass qualitativ hochwertigere kohlenstoffhaltige Eisenerzbriketts auf wirksamere Weise erhalten werden, indem das Erz mit Kohle gemischt wird, die 35 bis 40 Gew.-% flüchtige Substanzen enthält, und die Mischung auf eine Temperatur erwärmt wird, bei welcher die flüchtigen Bestandteile sich zu entwickeln beginnen. Das gasförmige Produkt reduziert das Erz auf 35 bis 40% und die 4 bis 7% Kohlenstoff enthaltende Mischung wird dann bei 275ºC unter Verwendung von 300-1200 kg/cm² warmgepreßt. Eine teilweise Reduktion des Erzes um 33-40% ergibt eine plastische, leicht verformte Mischung und der Gehalt an Kohlenstoff von 4 bis 7% erweist sich als optimal.
• Die Schrift US-A-4 731 112 offenbart ein Vefahren zur Herstellung einer Ferrolegierung, bestehend aus den Schritten: Bilden von Preßstücken, die weitgehend aus einer Mischung aus 50% bis 88% metallisierten, direktreduzierten Feinanteilen von Eisen bestehen, welche zu 60% bis 97% metallisiert sind, zu 5% bis 15% aus festem, kohlenstoffhaltigem Material und zu 7% bis 35% aus einem Oxid eines Metalles bestehen, das aus der Gruppe, bestehend aus Silizium, Nickel, Chrom, Mangan, Titan, Vanadium, Molybdän und Kobalt, ausgewählt wird, Zuführen nur dieser Preßstücke, zusätzlicher fester, kohlenstoffhaltiger Stoffe zur Erzeugung zusätzlicher Wärme und eines reaktionsfähigen Kohlenstoffs, sowie schlackenbildender Stoffe in einen Schmelzofen; und Brennen des festen, kohlenstoffhaltigen Materials zum Reduzieren der Oxide in den Preßstücken, zum Schmelzen der Bestandteile und zum Bilden einer hochlegierten Schmelze.
• Die Schrift GB-A-2103249 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Gußteilen unter Verwendung von reduziertem Eisen als Rohmaterial, bei welchem ein Schachtofen vertikaler Bauart verwendet wird und ein Brikett als Rohmaterial verwendet werden kann, welches durch Preßformen von reduziertem Eisen hergestellt wird. Das Verfahren besteht aus den Schritten: Füllen des Schmelzraumes eines Schachtofens mit einem festen, kohlenstoffhaltigen Material, Einblasen von Heißluft in den Schachtofen neben dessen Schmelzraum, Mischenlassen des festen, kohlenstoffhaltigen Materials mit dem reduzierten Eisen und Verwendung der entstehenden Abgaswärme zum Vorheizen der Heißluft. Das Brikett weist ein festes, kohlenstoffhaltiges Material und/oder ein darin enthaltenes anorganisches Bindemittel auf. Die Oberfläche des Briketts ist mit einer Schicht aus anorganischem Oxid gebildet, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Brikett aufweist. Die Dichte des Briketts beträgt gleich oder mehr als 4 g/cm³.
• Es ist demnach das Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei welchem kohlenstoffreiche Eisenpartikel zu einem ausreichend stabilen Brikett agglomeriert werden können.
• Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von kohlenstoffreichen Briketts bereitzustellen, bei denen keine zusätzlichen Bindemittel verwendet werden und die keine geschmolzene Schlacke oder glasige Phasen enthalten.
• Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kohlenstoffreiches Brikett bereitzustellen, welches als Beschickungsmaterial in Eisen- und Stahlerzeugungsverfahren eingesetzt werden kann und über ausgezeichnete physikalische Eigenschaften verfügt.
• Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend genannt.
• Die Ziele werden durch technische Merkmale erreicht, die in den Nebenansprüchen 1 und 12 definiert sind. Spezielle Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
• Die vorhergehend genannten Ziele und Vorteile werden entsprechend der vorliegenden Erfindung erreicht.
• Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung kohlenstoffreicher Briketts bereitgestellt, bestehend aus den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Feststoffes, bestehend aus Eisenpartikeln, die Eisenoxid in einer Menge von zumindest 4%, basierend auf dem Gewicht des Feststoffes, enthalten, sowie aus Kohlenstoffpartikeln in einer Menge von mehr als 2%, basierend auf dem Gewicht des Feststoffes, wobei die Kohlenstoffpartikel Zementit in einer Menge von zwischen 85% und 95%, basierend auf dem Gewicht der Kohlenstoffpartikel, enthalten; und Aussetzen dieses Feststoffes einer Brikettierungstemperatur und einem Brikettierungsdruck, so dass stabile Agglomeratbriketts aus diesem Feststoff erhalten werden.
• Weiterhin erfindungsgemäß wird ein kohlenstoffreiches Brikett bereitgestellt, welches aus einem stabilen Agglomerat aus Eisen- und Kohlenstoffpartikeln besteht, wobei die Eisenpartikel metallisiertes Eisen und Eisenoxid enthalten, das Eisenoxid in einer Menge von zumindest 4%, basierend auf dem Gewicht des Briketts, vorhanden ist, und die Kohlenstoffpartikel in einer Menge von mehr als 2,0%, basierend auf dem Gewicht des Briketts, vorhanden sind und Zementit in einer Menge von zwischen 85% und 95%, basierend auf dem Gewicht der Kohlenstoffpartikel, enthalten.
• Die Erfindung bezieht sich auf ein kohlenstoffreiches Brikett, welches als Beschickungsmaterial in Eisen- und Stahlerzeugungsverfahren eingesetzt werden kann, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung kohlenstoffreicher Briketts.
• Erfindungsgemäß und vorteilhafterweise wird ein Verfahren bereitgestellt, durch welches Eisenpartikel mit einem erheblichen Kohlenstoffanteil zu Briketts als Beschickungsmaterial ohne Verwendung zusätzlicher Bindemittel und dergleichen agglomeriert werden können.
• Erfindungsgemäß werden Briketts mit hohem Kohlenstoffgehalt oder kohlenstoffreiche Briketts (high carbon briquettes - HCB) aus einem Eisenpartikel und Kohlenstoffpartikel enthaltenden Feststoff als Ausgangsmaterial hergestellt, in welchem das Eisen metallisiertes oder reduziertes Eisen sowie Eisenoxid enthält und in welchem Kohlenstoff in einer Menge von mehr als ungefähr 2,0%, vorzugsweise zwischen ungefähr 2,1% und ungefähr 6,5%, basierend auf dem Gewicht des Ausgangsfeststoffes, vorhanden ist. Dies ist ein Vorteil gegenüber den bekannten Verfahren, bei denen es erforderlich ist, dass das Material Kohlenstoff in weit geringeren Mengen, typischerweise ungefähr 0,01% bis maximal 2,0%, enthält.
• Es wurde entsprechend der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass stabile Agglomerate oder Briketts auch mit der erhöhten Menge an Kohlenstoff hergestellt werden können, wenn die Eisenpartikel spezifische Mengen an metallisiertem Eisen oder Eisenoxid enthalten.
• Erfindungsgemäß enthält der Ausgangsfeststoff vorzugsweise zumindest 80% Gesamteisen, in einer noch bevorzugteren Form zwischen 88% und 93% Gesamteisen, bezogen auf das Gewicht des Ausgangsfeststoffes, und vorzugsweise enthält der Feststoff metallisiertes oder reduziertes Eisen in einer Menge von zwischen 85% und 89%, bezogen auf das Gewicht des Feststoffes, und Eisenoxid in einer Menge von zwischen 4% und 6%, bezogen auf das Gewicht des Feststoffes. Der Ausgangsfeststoff kann geeigneterweise aus feinen oder groben Partikeln bestehen. Es wird insbesondere bevorzugt, dass der Ausgangsfeststoff eine Partikelgröße im Bereich von 0,1 mm bis 10 mm aufweist. Geeignete Ausgangsfeststoffe können anhand granulometrischer Analyse mit 11,5% bis 18,62% + Maschenzahl 16, zwischen 32,7% und 36,83% + Maschenzahl 100, und zwischen 40% und 57,22% - Maschenzahl 100, gekennzeichnet werden.
• Weiterhin erfindungsgemäß wird der Ausgangsfeststoff vorzugsweise mit einem Bindungsindex oder einem Verhältnis von Eisenoxid (Fe+2) zu metallisiertem Eisen von zwischen 0,03 und 0,05 bereitgestellt.
• Der Anteil an Kohlenstoffpartikeln des Ausgangsfeststoffes ist in Form von Zementit (Fe&sub3;C) und vorzugsweise Graphit vorhanden und enthält vorzugsweise zwischen 85% und 95% Zementit und vorzugsweise zwischen 5% und 15% Graphit, bezogen auf das Gewicht der Kohlenstoffpartikel.
• Solche Kohlenstoffpartikel, insbesondere Zementit, sind erfahrungsgemäß sehr hart, so dass eine Brikettierung durch Anwendung von Temperatur und Druck schwierig ist. Erfindungsgemäß kann der oben definierte Ausgangsfeststoff jedoch einer Brikettierungstemperatur und einem Brikettierungsdruck ausgesetzt werden, vorzugsweise einer Temperatur von zwischen 650ºC und 750 W und einem Druck von zwischen 250 kg/cm² und 350 kg/cm², so dass das metallisierte Eisen und das Eisenoxid, oder Wustit, in Poren und Hohlräume zwischen den kohlenstoffreichen Partikeln, insbesondere den Zementitpartikeln, strömt, so dass die Eisenpartikel mit den Kohlenstoffpartikeln direkt verbunden werden und, wie gewünscht, ein stabiles Agglomeratbrikett gebildet wird.
• Das oben dargestellte erfindungsgemäße Verfahren kann zur Bereitstellung von Briketts aus einem agglomerierten Feststoff verwendet werden, die insbesondere als Beschickungsmaterial in Eisen- und Stahlerzeugungsverfahren eingesetzt werden können und die aus einem stabilen Agglomerat aus Eisenpartikeln und Kohlenstoffpartikeln bestehen, in welchen Gesamteisen in einer Menge von zumindest 80 Gew.-% und Kohlenstoff in einer Menge von größer als 2,0 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 2,1 und 6,5 Gew.-%, bezogen auf die Briketts, vorhanden ist. Der Gesamteisengehalt der Briketts beträgt vorzugsweise zwischen 88% und 93% und der Anteil an metallisiertem Eisen in diesem Eisen beträgt vorzugsweise zwischen 85% und ungefähr 39%, basierend auf dem Gewicht der Briketts.
• Die erfindungsgemäß hergestellten Briketts sind durch eine Dichte von zwischen 4,4 g/cm3 und 5,6 g/cm³ und einen Zerlegungsindex von zwischen 1,4 Gew.-% und 1,6 Gew.-% - 6 mm gekennzeichnet. Wie hier verwendet, stellt der Zerlegungsindex den Prozentsatz an Feinerz von Briketts dar, deren Größe kleiner ist als eine vorgegebene Größe, hier 6 mm, nachdem die Briketts einem üblichen Zerlegungstest unterzogen worden sind. Der Zerlegungsindex von erfindungsgemäßen Briketts ist insofern vorteilhaft, als die Briketts, obwohl sie unter Verwendung von kohlenstoffreichen Stoffen hergestellt worden sind, hinsichtlich Dichte und Zerlegungsindex mit Werten vergleichbar sind, die in Verbindung mit herkömmlichem, heißbrikettiertem Eisen erhalten werden, für welches Ausgangsstoffe mit einem maximalen Kohlenstoffgehalt von 2% verwendet werden. Somit werden erfindungsgemäß ein Brikett und ein Verfahren zur Herstellung desselben bereitgestellt, bei denen die Ausgangsstoffe einen weit höheren Kohlenstoffgehalt aufweisen können und das fertige Brikett dennoch ein äußerst geeignetes Beschickungsmaterial für die gewünschten Verfahren darstellt. Der erfindungsgemäß verwendete kohlenstoffreiche Stoff ist aufgrund des hohen Energiegehalts und der mit dessen Verwendung verbundenen Energie- und Kosteneinsparungen vorteilhaft. Erfindungsgemäße Briketts sind ferner aufgrund der geringeren Neigung, mit Feuchtigkeit zu reagieren, sowie durch die geringere Neigung der Karbide, mit Wasser zu reagieren, durch eine verstärkte Wetterbeständigkeit gekennzeichnet.
• Wie oben erläutert, ist der erfindungsgemäß verwendete Ausgangsfeststoff nicht auf die Verwendung von Feingut beschränkt, sondern könnte aufgrund der Tatsache» dass das erfindungsgemäße Brikettierungsverfahren die Partikel wirksam miteinander verbindet und die Festigkeit der entstehenden Briketts primär von der Festigkeit der Bindung zwischen den Partikeln abhängt, auch grobes oder klumpiges Material enthalten.
• Die erfindungsgemäßen kohlenstoffreichen Briketts weisen eine ausgezeichnete physikalische Festigkeit auf und halten dem Transport und der Handhabung in Stahl- und Eisenhüttenwerken stand und weisen darüber hinaus weniger Feinanteile und Staub auf, worin freier Kohlenstoff enthalten ist, und verringern somit die mit der Handhabung dieser Stoffe verbundene Verschmutzung der Umwelt.
• Diese Erfindung kann in anderen Ausführungsformen oder - arten ausgeführt werden, ohne von deren Grundgedanke oder wesentlichen Merkmalen abzuweichen. Die vorliegende Ausführungsform ist demnach in jeder Hinsicht als darstellend und nicht einschränkend zu betrachten, wobei der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Patentansprüche angezeigt wird und alle Änderungen innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereiches darin enthalten sein sollen.

Claims (19)

1. Verfahren zur Herstellung kohlenstoffreicher Briketts, bestehend aus den folgenden Schritten:

Bereitstellen eines Feststoffes, bestehend aus Eisenpartikeln, die Eisenoxid in einer Menge von zumindest 4%, basierend auf dem Gewicht des Feststoffes, enthalten, sowie aus Kohlenstoffpartikeln in einer Menge von mehr als 2%, basierend auf dem Gewicht des Feststoffes, wobei die Kohlenstoffpartikel Zementit in einer Menge von zwischen 85% und 95%, basierend auf dem Gewicht der Kohlenstoffpartikel, enthalten; und

Aussetzen dieses Feststoffes einer Brikettierungstemperatur und einem Brikettierungsdruck, so dass stabile Agglomeratbriketts aus diesem Feststoff erhalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch. 1, in welchem der Schritt des Aussetzens einer Temperatur und einem Druck das Eisen und das Eisenoxid zwischen die Kohlenstoffpartikel fließen läßt, so dass die Eisenpartikel und die Kohlenstoffpartikel direkt verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem der Schritt des Bereitstellens das Bereitstellen des Feststoffes umfaßt, der aus mindestens 80% Gesamteisen besteht, welches Eisenoxid in einer Menge von zwischen 4% und 6% enthält, sowie aus Kohlenstoffpartikeln in einer Menge von zwischen 2,1% und 6,5%, basierend auf dem Gewicht des Feststoffes.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in welchem der Schritt des Bereitstellens das Bereitstellen des Feststoffes umfaßt, welcher im Wesentlichen aus den Eisenpartikeln und den Kohlenstoffpartikeln besteht,

wodurch die Briketts im Wesentlichen frei von Bindemitteln sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in welchem der Schritt des Bereitstellens das Bereitstellen des Feststoffes umfaßt, in welchem die Kohlenstoffpartikel Zementit in einer Menge von zwischen 85% und 95%, basierend auf dem Gewicht der Kohlenstoffpartikel, sowie Graphit in einer Menge von zwischen 5% und 15%, basierend auf dem Gewicht der Kohlenstoffpartikel, enthalten.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in welchem der Schritt des Bereitstellens das Bereitstellen des Feststoffes umfaßt, welcher Gesamteisen in einer Menge von zwischen 88% und 93%, basierend auf dem Gewicht dieses Feststoffes enthält, und insbesondere das Bereitstellen des Feststoffes, welcher metallisiertes Eisen in einer Menge von zwischen 85% und 89%, basierend auf dem Gewicht des Feststoffes, enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in welchem der Schritt des Bereitstellens das Bereitstellen des Feststoffes umfaßt, welcher metallisiertes Eisen und Eisenoxid in einem Gewichtsverhältnis von Eisenoxid zu metallisiertem Eisen von zwischen 0,03 und 0,05 enthält.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in welchem die Brikettierungstemperatur und der Brikettierungsdruck eine Temperatur von zwischen 650ºC und 750ºC und einen Druck von zwischen 250 kg/cm² und 350 kg/cm² umfassen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, in welchem der Schritt des Aussetzens einer Temperatur und einem Druck Eisen und Kohlenstoff enthaltende Briketts liefert, in welchen der Kohlenstoff in einer Menge von größer als 2%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Briketts, vorhanden, ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, in welchem der Schritt des Aussetzens einer Temperatur und einem Druck Briketts liefert, die über eine Dichte von zwischen 4,4 g/cm³ und 5,6 g/cm³ und einen Zerlegungsindex von zwischen 1,4 Gew.-% und 1,6 Gew.-% - 6 mm verfügen.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, in welchem der Feststoff eine Partikelgröße im Bereich von 0,1 mm bis 10 mm aufweist.

12. Kohlenstoffreiches Brikett, welches durch ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt werden kann, bestehend aus einem stabilen Agglomerat aus Eisen- und Kohlenstoffpartikeln, wobei die Eisenpartikel metallisiertes Eisen und Eisenoxid enthalten, das Eisenoxid in einer Menge von zumindest 4%, basierend auf dem Gewicht des Briketts, vorhanden ist, und die Kohlenstoffpartikel in einer Menge von mehr als 2,0%, basierend auf dem Gewicht des Briketts, vorhanden sind und Zementit in einer Menge von zwischen 85% und 95%, basierend auf dem Gewicht der Kohlenstoffpartikel, enthalten.

13. Brikett nach Anspruch 12, bei welchem das Brikett Gesamteisen in einer Menge von zumindest 80%, basierend auf dem Gewicht des Briketts, enthält, und in welchem Kohlenstoffpartikel in einer Menge von zwischen 2, 1% und 6,5%, basierend auf dem Gewicht des Briketts, vorhanden sind.

14. Brikett nach Anspruch 12 oder 13, bei welchem die Kohlenstoffpartikel Graphit in einer Menge von zwischen 5% und 15%, basierend auf dem Gewicht der Kohlenstoffpartikel, enthalten.

15. Brikett nach Anspruch 12 oder 13, bei welchem das Brikett Eisen in einer Menge von zwischen 88% und 93%, basierend auf dem Gewicht des Briketts, enthält, und in welchem das metallisierte Eisen vorzugsweise in einer Menge von zwischen 85% und 89%, basierend auf dem Gewicht des Briketts, vorhanden ist.

16. Brikett nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei welchem das Eisenoxid und das metallisierte Eisen in einem Verhältnis von Eisenoxid zu metallisiertem Eisen von zwischen 0,03 und 0,05 vorhanden sind.

17. Brikett nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei welchem das Brikett durch eine Dichte von zwischen 4,4 g/cm³ und 5,6 g/cm³ und einen Zerlegungsindex von zwischen 1,4 Gew.-% und 1,6 Gew.-% - 6 mm gekennzeichnet ist.

18. Kohlenstoffreiches Brikett, welches durch ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt werden kann, im Wesentlichen bestehend aus Eisen- und Kohlenstoffpartikeln, wobei das Eisen als metallisiertes Eisen und Eisenoxid vorhanden ist, das Eisenoxid in einer Menge von zumindest 4%, basierend auf dem Gewicht des Briketts, und die Kohlenstoffpartikel in einer Menge von mehr als 2,0%, basierend auf dem Gewicht des Briketts, vorhanden sind und Zementit in einer Menge von zwischen 85% und 95%, basierend auf dem Gewicht der Kohlenstoffpartikel, enthalten.

19. Brikett nach Anspruch 18, bei welchem die Eisenpartikel und die Kohlenstoffpartikel im Wesentlichen direkt miteinander verbunden sind.