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EP0882142B1 - Verfahren zur herstellung von flüssigem roheisen oder stahlvorprodukten aus eisenhältigem material - Google Patents

Verfahren zur herstellung von flüssigem roheisen oder stahlvorprodukten aus eisenhältigem material Download PDF

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Publication number
EP0882142B1
EP0882142B1 EP97911045A EP97911045A EP0882142B1 EP 0882142 B1 EP0882142 B1 EP 0882142B1 EP 97911045 A EP97911045 A EP 97911045A EP 97911045 A EP97911045 A EP 97911045A EP 0882142 B1 EP0882142 B1 EP 0882142B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fine
fluidized bed
particulate
iron
reduced material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP97911045A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0882142A1 (de
Inventor
Michael Nagl
Johannes-Leopold Schenk
Leopold Werner Kepplinger
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.)
Primetals Technologies Austria GmbH
Research Institute of Industrial Science and Technology RIST
Posco Holdings Inc
Original Assignee
Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
Research Institute of Industrial Science and Technology RIST
Pohang Iron and Steel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH, Research Institute of Industrial Science and Technology RIST, Pohang Iron and Steel Co Ltd filed Critical Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
Publication of EP0882142A1 publication Critical patent/EP0882142A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0882142B1 publication Critical patent/EP0882142B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/14—Multi-stage processes processes carried out in different vessels or furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0006—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state
    • C21B13/0013—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state introduction of iron oxide into a bath of molten iron containing a carbon reductant
    • C21B13/002—Reduction of iron ores by passing through a heated column of carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/40—Gas purification of exhaust gases to be recirculated or used in other metallurgical processes
    • C21B2100/44—Removing particles, e.g. by scrubbing, dedusting

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of liquid pig iron or Steel intermediate products made of fine particulate ferrous material, in particular reduced sponge iron, in a melter, in which with the addition of carbonaceous material and oxygen while forming a reducing gas the iron-containing material in a bed made of solid carbon supports is melted down, if necessary after prior reduction, the fine particulate reduced material and oxygen introduced laterally into the bed are, in the melter gasifier above one formed by solid carbon carriers Fixed bed a fluidized bed made of fine particulate solid carbon carriers and fine particulate iron-containing reduced materia is maintained and that fine particulate reduced material introduced directly into the fluidized bed and there is melted, as well as a plant for performing the method.
  • EP-B - 0 010 627 describes a process for the production of liquid pig iron or Steel intermediate products made of particulate, iron-containing material, in particular pre-reduced sponge iron, as well as for the generation of reducing gas in one Smelting gasifier known in which by adding coal and by blowing oxygen-containing gas a fluidized bed of coke particles is formed.
  • the oxygenated Gas or pure oxygen is in the lower area of the melter gasifier blown in.
  • the particulate ferrous material, especially pre-reduced Sponge iron, and the lumpy coal are fed through charging openings in the hood of the Melter gasifier fed from above, the falling particles are in the fluidized bed slowed down and the iron-containing particles are diarrhea by the Coke fluid bed reduced and melted.
  • the melted, covered with slag Metal collects on the bottom of the melter. Metal and slag are through separate tapping holes deducted.
  • a method of this type is for processing fine-particle sponge iron not suitable because fine iron sponge due to the strong upward directed Gas flow in the melter would immediately be discharged from this.
  • discharge of the finely divided metal carrier is still affected by the temperature in the upper one Area of the melter, i.e. in the area above the meltdown gasification zone, favored, since it is too low to melt, i.e. an agglomeration of the Fine particles at the point of introduction to larger particles that are in the Meltdown gasification zone could sink despite the upward gas flow, ensure.
  • lumpy iron ore is obtained Feedstocks directly reduced in a reduction shaft furnace, e.g. by means of the Melting gasification zone formed reducing gas.
  • the sponge iron obtained in this way is then fed to the meltdown gasification zone.
  • fine ore and / or ore dust such as in an iron and steel mill
  • the fine ore and / or the ore dust becomes solid Carbon carriers of a dust burner working in the melting gasification zone fed and implemented in a substoichiometric combustion reaction.
  • the process allows efficient processing of fine ore from a steel mill and / or ore dust, etc. up to the order of 20 to 30% of the Total ore use, and thus a combined processing of piece ore and fine ore.
  • the disadvantage here is that there are areas in the melting gasification zone Excess metal and areas can come with an excess of carbon.
  • EP-A-0 594 557 discloses a method of the type described at the outset, in which an iron sponge fine grain fraction is introduced directly into the fluidized bed formed in the melter gasifier by the melter gasification zone by means of a conveying gas.
  • an iron sponge fine grain fraction is introduced directly into the fluidized bed formed in the melter gasifier by the melter gasification zone by means of a conveying gas.
  • This is disadvantageous;
  • the fluidized bed can become blocked, which leads to insufficient gas flow and possibly to a gas build-up and, as a result, to eruptive gas breakthroughs with which the blocked fluidized bed is broken up.
  • the gasification process for the carbon carriers and also the smelting process for the reduced iron ore are severely disrupted.
  • EP-A-0 143 102 relates to the production of molten pig iron particulate ferrous material in a melter in which under Supply of solid carbonaceous material and oxygen to form Reducing gas from a lower fixed bed and a fluidized bed arranged above it carbonaceous material are formed.
  • the ferrous material and the oxygen are placed directly into the fluidized bed via laterally arranged charging pipes or nozzle pipes introduced and melted there.
  • the invention aims to avoid the disadvantages and described above Difficulties and is the task of a method of the type described above and to create an installation for carrying out the method, in which processing of fine particulate iron-containing and at least partially reduced material without one It is possible to require briquetting and, on the one hand, discharge of the supplied Fine particles reliably generated by the reducing gas generated in the melting gasification zone is avoided and on the other hand the gasification process undisturbed by the introduced fine particulate reduced material can run off. That is, there should be a burden on the Melting gasification zone due to the fine particulate iron-containing reduced material be avoided, etc. even if it contains up to 100% fine particulate iron reduced material is introduced into the melter.
  • This object is achieved according to the invention in a method of the type described in the introduction solved in that the reduced material in direct contact with oxygen is introduced, and the fine particulate reduced material before the introduction into the Fluidized bed collected in a collecting container to form a fluidized bed and out of the Fluidized bed further into the fluidized bed by means of a conveying and / or fluidizing gas is promoted.
  • the fine particle shape is reduced Material introduced into the fluidized bed by means of a fluidizing gas, preferably blown in.
  • fine particulate reduced material before introduction into the fluidized bed with formation a fluidized bed collected in a container and from the fluidized bed by means of a Conveying and / or fluidizing gas further promoted in the fluidized bed.
  • the fluidized bed forms a lock maintaining the pressure difference.
  • a conveying gas for the particulate is expediently placed in the fluidized bed reduced material under pressure, preferably with a pressure higher than that in the fluidized bed prevailing pressure.
  • a melter gasifier for the addition of carbon-containing material, iron-containing reduced fine particulate material or oxygen, a derivative for the extraction of the generated Reduction gas and also with a slag and iron melt rack, whereby a lower section of the melting gasifier for collecting the molten pig iron and the liquid slag and an overlying middle section for receiving a Fixed bed made of solid carbon carriers and then an upper section for receiving serve a fluidized bed and above it a calming room is provided, is in the amount of Fluidized bed in the side wall of the melter gasifier at least one confluence Delivery line for fine particulate reduced material provided, one Oxygen supply line immediately adjacent to the delivery line for the particulate reduced material is provided and the delivery line for the fine particulate reduced material from a collecting container serving as a fluidized bed lock with a fluidized bed formed therein leads to the melter gasifier.
  • the delivery line for the fine-particulate reduced material is preferably included Fluidizing gas acted upon.
  • the fluidized bed also advantageously protrudes into the melter Oxygen supply lance, its outlet for oxygen at the level of the fluidized bed and comes to lie centrally in cross-section.
  • the oxygen supply line advantageously passes through the delivery line for the fine particulate reduced material centrally with the formation of a ring conveyor for the fine particulate reduced material and flows into the melter.
  • FIGS. 1 and 2 each have a melter gasifier illustrate in vertical section in a schematic representation.
  • a melter gasifier 1 solid carbon-containing material 2, such as coal, and oxygen-containing gas, by gasifying the coal 2, a reducing gas is generated which via a discharge line 3 to a fluidized bed reactor, not shown, in the fine ore is reduced to sponge iron 4.
  • the melter gasifier 1 has one Supply line 5 for the solid carbon carriers 2, a supply line 6 for oxygen-containing gases, a supply line 7 for sponge iron and optionally supply lines for at Room temperature liquid or gaseous carbon carriers, such as hydrocarbons, as well for burned supplements.
  • the melter gasifier 1 collects in the bottom region 8 molten pig iron 9 and molten slag 10, which are tapped 11 be tapped.
  • the iron ore reduced to sponge iron 4 in the fluidized bed reactor is, if appropriate together with burned aggregates, via a conveyor from the Fluidized bed reactor, for example by means of discharge screws, and the Melter gasifier 1 supplied.
  • Both the lead 5 for the solid carbon carrier 2 as the discharge line 3 for the reducing gas are also in the dome area 12 of the melter gasifier 1 provided, etc. to several and approximately radially symmetrical arrangement.
  • the discharge line 3 opens into a solids separator 13 which is designed as a hot cyclone.
  • a hot cyclone 13 the fine particles 14, entrained with the reducing gas, deposited like coal and sponge iron and with a down pipe 15 into a collecting container 16 fluidized bed 18 formed therein.
  • a feed line opens into the fluidized bed 18 of the collecting container 16 serving as a fluidized bed lock 17 for reduced fine-particulate material, namely that made from fine ore Sponge iron 4, which is withdrawn from the fluidized bed reactor.
  • the feed line 7 for the sponge iron 4 leads from the fluidized bed 18 of the collecting container 16 into the Melting gasifier 1 at the level of that in the melting gasifier 1 above a fixed bed 20 carbon-containing material trained fluidized bed 21.
  • This fluidized bed 21 is from fine particulate carbonaceous material 2 and sponge iron 4 are formed.
  • the Carrier gas for maintaining the fluidized bed 21 is made from the fixed bed 20 escaping reducing gas, which is caused by the gasification of the carbonaceous material 2 is generated, formed.
  • the feed line 7, which is designed as a delivery line for the sponge iron 4, is at least in the mouth region 22 acted upon by fluidizing gas which the Sponge iron 4 in the melter 1 promotes.
  • an oxygen supply line 23 is provided, the mouth 24 just above the annular mouth 25 of the delivery line 7 into the melter gasifier 1 protrudes.
  • the oxygen jet introduced through the oxygen supply line 23 is from the supplied iron sponge 4 surround peripherally, i.e. enclosed. This is where it comes from immediately in the fluidized bed 21 as a result of the high temperature which arises Melting the sponge iron 4.
  • a plurality of collecting containers 16 with fluidized beds 18 are preferably distributed around the melter gasifier 1 arranged so that a radially symmetrical and across the cross section of the Melting gasifier 1 is even introduction of the sponge iron 4 is given.
  • can still between the mouths 25 of the sponge iron delivery lines 7 further oxygen supply lines 26 open into the melter gasifier 1, which increase the effectiveness of melting further increase.
  • an oxygen lance 27 is provided, the mouth 28 of which is approximately is provided in the center and just above the fixed bed 20 in the fluidized bed 21.
  • the Oxygen lance 27 expediently projects centrally into the melter 1 from above arranged.
  • the adjustment of the total height 29 from the fixed bed 20 and the fluidized bed 21 takes place in such a way that a reducing gas temperature in that provided above the fluidized bed 21 Calming room 30 of about 1050 ° C.
  • the location of the fixed bed surface can be changed the choice of the supplied coal grain and / or by dividing the total oxygen can be influenced on the fixed bed 20 and the fluidized bed 21.
  • a conveying gas which For example, is formed by cooled reducing gas in the upper part of the collecting container 16 supplied via a line 31, etc. in such an amount that the mouth 25 a cavity 32 in the fluidized bed 21 by the impulse of the entering Gases arises.
  • the invention is not limited to that shown in the drawing Embodiments, but can be modified in various ways. So it has to Oxygen supply line 23 may not be provided coaxially in the supply line 7. The important thing is immediately after the sponge iron 4 enters the melter 1 contact with oxygen, so that the melting process of the sponge iron 4 can take place completely in the fluidized bed 21. To achieve this, the Supply line 7 and the oxygen supply line 23 may be arranged immediately adjacent if the best result is also achieved when the sponge iron 4 emits the oxygen jet encloses at least in the region of the mouth 25.

Landscapes

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder Stahlvorprodukten aus feinteilchenförmigem eisenhältigem Material, insbesondere reduziertem Eisenschwamm, in einem Einschmelzvergaser, in dem unter Zuführung von kohlenstoffhältigem Material und Sauerstoff bei gleichzeitiger Bildung eines Reduktionsgases in einem aus festen Kohlenstoffträgern gebildeten Bett das eisenhältige Material eingeschmolzen wird, gegebenenfalls nach vorheriger Fertigreduktion, wobei das feinteilchenförmige reduzierte Material und Sauerstoff in das Bett seitlich eingebracht werden, im Einschmelzvergaser oberhalb eines von festen Kohlenstoffträgern gebildeten Festbettes ein Wirbelbett aus feinteilchenförmigen festen Kohlenstoffträger und feinteilchenförmigem eisenhältigem reduziertem Materia aufrechterhalten wird und das feinteilchenförmige reduzierte Material direkt in das Wirbelbett eingebracht und dort aufgeschmolzen wird, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der EP-B - 0 010 627 ist ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder Stahlvorprodukten aus teilchenförmigem, eisenhältigem Material, insbesondere vorreduziertem Eisenschwamm, sowie zur Erzeugung von Reduktionsgas in einem Einschmelzvergaser bekannt, bei dem durch Zugabe von Kohle und durch Einblasen von sauerstoffhältigem Gas ein Wirbelbett aus Kokspartikeln gebildet wird. Das sauerstoffhältige Gas bzw. reiner Sauerstoff wird hierbei im unteren Bereich des Einschmelzvergasers eingeblasen. Das teilchenförmige eisenhältige Material, insbesondere vorreduzierter Eisenschwamm, und die stückige Kohle werden durch Chargieröffnungen in der Haube des Einschmelzvergasers von oben zugeführt, die fallenden Teilchen werden im Wirbelbett abgebremst und die eisenhältigen Teilchen werden während des Durchfallens durch das Koksfließbett reduziert und geschmolzen. Das aufgeschmolzene, von Schlacke bedeckte Metall sammelt sich am Boden des Einschmelzvergasers. Metall und Schlacke werden durch getrennte Abstichöffnungen abgezogen.
Ein Verfahren dieser Art ist jedoch für die Verarbeitung von feinteiligem Eisenschwamm nicht geeignet, da feinteiliger Eisenschwamm infolge der starken aufwärts gerichteten Gasströmung im Einschmelzvergaser sofort aus diesem ausgetragen werden würde. Ein solches Austragen der feinteiligen Metallträger wird noch durch die Temperatur im oberen Bereich des Einschmelzvergasers, d.h. im Bereich oberhalb der Einschmelzvergasungszone, begünstigt, da diese zu nieder ist, um ein Einschmelzen, d.h. ein Agglomerieren der Feinteilchen am Ort der Einbringung zu größeren Teilchen, die in die Einschmelzvergasungszone trotz des aufwärts strömenden Gases absinken könnten, sicherzustellen.
Aus der EP-A - 0 217 331 ist es bekannt, Feinerz in einem Wirbelschichtverfahren direkt vorzureduzieren und das vorreduzierte Feinerz in einen Einschmelzvergaser zu leiten und mittels eines Plasmabrenners unter Zuführung kohlenstoffhältigen Reduktionsmittels fertig zu reduzieren und aufzuschmelzen. In dem Einschmelzvergaser bildet sich ein Fließbett und darüber ein Wirbelbett aus Koks. Das vorreduzierte Feinerz bzw. das Eisenschwammpulver wird einem im unteren Abschnitt des Einschmelzvergasers vorgesehenen Plasmabrenner zugeführt. Nachteilig ist hierbei, daß durch die Zuführung des vorreduzierten Feinerzes unmittelbar im unteren Einschmelzbereich, d.h. im Bereich der Schmelzensammlung, ein Fertigreduzieren nicht mehr sichergestellt ist und auf keinen Fall die für eine Weiterverarbeitung des Roheisens nötige chemische Zusammensetzung erreicht werden kann. Zudem ist die Einbringung großer Mengen vorreduzierten Feinerzes wegen des im unteren Bereich des Einschmelzvergasers sich aus Kohle bildenden Fließbettes bzw. Festbettes nicht möglich, da eine ausreichende Abfuhr der Schmelzprodukte aus der Hochtemperaturzone des Plasmabrenners nicht möglich ist. Das Einbringen größerer Mengen vorreduzierten Feinerzes würde sofort zu einem thermischen und mechanischen Versagen des Plasmabrenners führen.
Aus der EP-B - 0 111 176 ist es bekannt, Eisenschwammpartikel und flüssiges Roheisen aus stückigem Eisenerz herzustellen, wobei das Eisenerz in einem Direktreduktions-Aggregat direktreduziert wird und aus dem Direktreduktions-Aggregat ausgetragene Eisenschwammpartikel in eine Grob- und Feinkornfraktion getrennt werden. Die Feinkornfraktion wird einem Einschmelzvergaser zugeführt, in dem aus eingebrachter Kohle und zugeführtem sauerstoffhältigem Gas die zum Schmelzen des Eisenschwammes erforderliche Wärme sowie das dem Direktreduktions-Aggregat zugeführte Reduktionsgas erzeugt werden. Die Feinkornfraktion wird in den Einschmelzvergaser über ein Fallrohr zugeleitet, das vom Kopf des Einschmelzvergasers bis in die Nähe des Kohlefließbettes ragt. Am Ende des Fallrohres ist eine Prallplatte zur Geschwindigkeitsminimierung der Feinkornfraktion vorgesehen, wodurch die Austrittsgeschwindigkeit der Feinkornfraktion aus dem Fallrohr sehr gering ist. An der Stelle der Einbringung ist die im Einschmelzvergaser herrschende Temperatur sehr niedrig, wodurch es nicht zu einem sofortigen Aufschmelzen der zugeführten Feinkornfraktion kommen kann. Dies und die niedrige Austrittsgeschwindigkeit aus dem Fallrohr bedingt, daß ein beträchtlicher Anteil der zugeführten Feinkornfraktion mit dem im Einschmelzvergaser erzeugten Reduktionsgas aus diesem wieder austritt. Das Einbringen einer größeren Menge an Feinkorn oder ausschließlich von Feinkorn ist gemäß diesem Verfahren nicht möglich.
Bei einem Verfahren gemäß der EP-A - 0 576 414 werden stückige eisenerzhältige Einsatzstoffe in einem Reduktionsschachtofen direkt reduziert, u.zw. mittels des in der Einschmelzvergasungszone gebildeten Reduktionsgases. Der so erhaltene Eisenschwamm wird dann der Einschmelzvergasungszone zugeführt. Um bei diesem bekannten Verfahren zusätzlich Feinerz und/oder Erzstaub, wie in einem Hüttenwerk anfallenden oxidischen Eisenfeinstaub, verwerten zu können, wird das Feinerz und/oder der Erzstaub mit festen Kohlenstoffträgern einem in die Einschmelzvergasungszone arbeitenden Staubbrenner zugeführt und in einer unterstöchiometrischen Verbrennungsreaktion umgesetzt. Ein solches Verfahren erlaubt eine effiziente Aufarbeitung von in einem Hüttenwerk anfallendem Feinerz und/oder Erzstaub, u.zw. bis zu einer Größenordnung von 20 bis 30 % des Gesamterzeinsatzes, und so ein kombiniertes Verarbeiten von Stückerz und Feinerz. Nachteilig ist hierbei, daß es in der Einschmelzvergasungszone zu Bereichen mit Metallüberschuß und Bereichen mit einem Kohlenstoffüberschuß kommen kann.
Aus der EP-A - 0 493 752 ist es bekannt, heiße Stäube aus einem Vergasungsreaktor, wie einem Einschmelzvergaser, in einem Zyklon abzuscheiden und zur Überwindung einer Druckdifferenz zwischen dem Zyklon und dem Vergaser über ein Schleusensystem zurückzuführen, u.zw. über einen Brenner. Das bekannte Schleusensystem erfordert einen hohen konstruktiven Aufwand, wobei die mechanisch arbeitenden Schleusen zudem einem großen Verschleiß durch die staubförmigen Feststoffe ausgesetzt sind.
Aus der EP-A - 0 594 557 ist ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art bekannt, wobei eine Eisenschwamm-Feinkornfraktion mittels eines Fördergases direkt in das im Einschmelzvergaser von der Einschmelzvergasungszone gebildete Fließbett eingebracht wird. Dies ist jedoch nachteilig; es kann zu einem Verstopfen des Fließbettes kommen, was zu einer ungenügenden Durchgasung und gegebenenfalls zu einem Gasstau und in der Folge davon zu eruptiven Gasdurchbrüchen führt, mit denen das verstopfte Fließbett aufgebrochen wird.
Hierdurch werden der Vergasungsprozeß für die Kohlenstoffträger und auch der Einschmelzprozeß für das reduzierte Eisenerz stark gestört.
Die EP-A - 0 143 102 bezieht sich auf die Herstellung von flüssigem Roheisen aus teilchenförmigem eisenhaltigem Material in einem Einschmelzvergaser, in dem unter Zuführung von festem kohlenstoffhaltigem Material und Sauerstoff bei Bildung von Reduktionsgas ein unteres Festbett und ein darüber angeordnetes Wirbelbett aus dem kohlenstoffhaltigen Material gebildet werden. Das eisenhaltige Material und der Sauerstoff werden über seitlich angeordnete Chargierrohre bzw. Düsenrohre direkt in das Wirbelbett eingebracht und dort aufgeschmolzen.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der oben geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei welchen ein Verarbeiten von feinteilchenförmigem eisenhältigem und zumindest teilreduziertem Material ohne ein Brikettieren zu erfordern möglich ist und hierbei einerseits ein Austragen der zugeführten Feinteilchen durch das in der Einschmelzvergasungszone erzeugte Reduktionsgas zuverlässig vermieden wird und anderseits der Vergasungsprozeß ungestört vom eingebrachten feinteilchenförmigen reduzierten Material ablaufen kann. D.h., es soll eine Belastung der Einschmelzvergasungszone durch das feinteilchenförmige eisenhältige reduzierte Material vermieden werden, u.zw. auch dann, wenn bis zu 100% feinteilchenförmiges eisenhältiges reduziertes Material in den Einschmelzvergaser eingebracht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß das reduzierte Material in unmittelbarem Kontakt mit Sauerstoff eingebracht wird, und das feinteilchenförmige reduzierte Material vor dem Einbringen in das Wirbelbett unter Bildung einer Wirbelschicht in einem Sammelbehälter gesammelt und aus der Wirbelschicht mittels eines Förder- und/oder Fluidisierungsgases weiter in das Wirbelbett gefördert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante wird das feinteilchenförmige reduzierte Material mittels eines Fluidisierungsgases in das Wirbelbett eingebracht, vorzugsweise eingeblasen.
Um das Zentrum des Wirbelbetts ebenfalls als Schmelzzone heranzuziehen, wird vorzugsweise in das Wirbelbett zusätzlich im Zentrumsbereich desselben Sauerstoff eingeblasen, vorzugsweise von oben.
Es ist von Vorteil, insbesondere bei größeren Mengen/Zeiteinheit an zu verarbeitendem feinteilchförmigem reduziertem Material, wenn das feinteilchenförmige reduzierte Material unter Druck in das Wirbelbett mittels eines Fördergases eingeblasen wird, sodaß sich an der Mündung in das Wirbelbett ein für das feinteilchenförmige reduzierte Material freier Hohlraum bildet.
Zum Ausgleich eines Druckunterschiedes zwischen der Zuführung des reduzierten feinteilchenförmigen Materials und der Einschmelzvergasungszone wird zweckmäßig das feinteilchenförmige reduzierte Material vor dem Einbringen in das Wirbelbett unter Bildung einer Wirbelschicht in einem Behälter gesammelt und aus der Wirbelschicht mittels eines Förder- und/oder Fluidisierungsgases weiter in das Wirbelbett gefördert. Die Wirbelschicht bildet hierbei eine den Druckunterschied aufrechterhaltende Schleuse.
Hierbei wird zweckmäßig in die Wirbelschicht ein Fördergas für das feinteilchenförmige reduzierte Material unter Druck, vorzugsweise mit einem Druck höher als der im Wirbelbett herrschende Druck, zugeführt.
Bei einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit einem Einschmelzvergaser mit Zuleitungen für die Zugabe von kohlenstoffhältigem Material, eisenhältigem reduziertem feinteilchenförmigem Material bzw. Sauerstoff, einer Ableitung für den Abzug des erzeugten Reduktionsgases sowie weiters mit einem Schlacken- und Eisen-Schmelzenabstich, wobei ein unterer Abschnitt des Einschmelzvergasers zum Auffangen des geschmolzenen Roheisens und der flüssigen Schlacke und ein darüber liegender mittlerer Abschnitt zur Aufnahme eines Festbettes aus festen Kohlenstoffträgern und anschließend ein oberer Abschnitt zur Aufnahme eines Wirbelbettes dienen sowie darüber ein Beruhigungsraum vorgesehen ist, ist in Höhe des Wirbelbettes in der Seitenwand des Einschmelzvergasers mindestens eine Einmündung einer Förderleitung für feinteilchenförmiges reduziertes Material vorgesehen, wobei eine Sauerstoffzuführleitung unmittelbar benachbart zur Förderleitung für das feinteilchenförmige reduzierte Material vorgesehen ist und die Förderleitung für das feinteilchenförmige reduzierte Material aus einem als Wirbelschichtschleuse dienenden Sammelbehälter mit darin gebildeter Wirbelschicht zum Einschmelzvergaser führt.
Vorzugsweise ist die Förderleitung für das feinteilchenförmige reduzierte Material mit Fluidisierungsgas beaufschlagbar.
Zur Erhöhung der Effektivität des Einschmelzens des reduzierten Materials innerhalb der Wirbelschicht ragt vorteilhaft in den Einschmelzvergaser zusätzlich eine Sauerstoffzuführlanze, deren Austrittsöffnung für den Sauerstoff in der Höhe des Wirbelbetts und querschittsmäßig zentral zu liegen kommt.
Vorteilhaft durchsetzt die Sauerstoffzufuhrleitung die Förderleitung für das feinteilchenförmige reduzierte Material zentral unter Bildung eines Ringförderraumes für das feinteilchenförmige reduzierte Material und mündet in den Einschmelzvergaser.
Vorteilhaft mündet in der als Wirbelschichtschleuse dienenden Sammelbehälter mit darin gebildeter Wirbelschicht eine ein Fördergas für das feinteilchenförmige reduzierte Material zuführende Leitung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei Fig. 1 und 2 jeweils einen Einschmelzvergaser im Vertikalschnitt in schematischer Darstellung veranschaulichen.
In einem Einschmelzvergaser 1 wird aus festem kohlenstoffhältigem Material 2, wie Kohle, und sauerstoffhältigem Gas, durch Vergasung der Kohle 2 ein Reduktionsgas erzeugt, das über eine Ableitung 3 einem nicht näher dargestellten Wirbelschichtreaktor zugeführt wird, in dem Feinerz zu Eisenschwamm 4 reduziert wird. Der Einschmelzvergaser 1 weist eine Zuleitung 5 für die festen Kohlenstoffträger 2, eine Zuleitung 6 für sauerstoffhältige Gase, eine Zuleitung 7 für Eisenschwamm sowie gegebenenfalls Zuleitungen für bei Raumtemperatur flüssige oder gasförmige Kohlenstoffträger, wie Kohlenwasserstoffe, sowie für gebrannte Zuschläge auf. In dem Einschmelzvergaser 1 sammeln sich im Bodenbereich 8 schmelzflüssiges Roheisen 9 und schmelzflüssige Schlacke 10, die über einen Abstich 11 abgestochen werden.
Das im Wirbelschichtreaktor zu Eisenschwamm 4 reduzierte Eisenerz wird, gegebenenfalls zusammen mit gebrannten Zuschlägen, über eine Fördereinrichtung aus dem Wirbelschichtreaktor ausgebracht, beispielsweise mittels Austragsschnecken, und dem Einschmelzvergaser 1 zugeführt. Sowohl die Zuleitung 5 für die festen Kohlenstoffträger 2 als auch die Ableitung 3 für das Reduktionsgas sind im Dombereich 12 des Einschmelzvergasers 1 vorgesehen, u.zw. zu jeweils mehreren und in etwa radialsymmetrischer Anordnung.
Die Ableitung 3 mündet in einem Feststoffabscheider 13, der als Heißzyklon ausgebildet ist. In diesem Heißzyklon 13 werden die mit dem Reduktionsgas mitgerissenen Feinteilchen 14, wie Kohle und Eisenschwamm abgeschieden und über ein Fallrohr 15 in einen Sammelbehälter 16 mit darin ausgebildeter Wirbelschicht 18 eingeleitet. In die Wirbelschicht 18 des als Wirbelschichtschleuse dienenden Sammelbehälters 16 mündet eine Zuleitung 17 für reduziertes feinteilchenförmiges Material, nämlich für den aus Feinerz gebildeten Eisenschwamm 4, der aus dem Wirbelschichtreaktor abgezogen wird.
Die in dem Sammelbehälter 16 gebildete Wirbelschicht 18 aus dem Unterlauf des Heißzyklons und dem zugeführten feinteilchenförmigen Eisenschwamm 4 wird mittels eines Fluidisierungsgases, das über einen Düsenboden 19 der Wirbelschichtschleuse 16 zugeführt wird, aufrechterhalten.
Von der Wirbelschicht 18 des Sammelbehälters 16 führt die Zuleitung 7 für den Eisenschwamm 4 in den Einschmelzvergaser 1 in Höhe des im Einschmelzvergaser 1 über einem Festbett 20 aus kohlenstoffhältigem Material ausgebildeten Wirbelbettes 21. Dieses Wirbelbett 21 wird von feinteilchenförmigem kohlenstoffhältigem Material 2 und Eisenschwamm 4 gebildet. Das Trägergas zur Aufrechterhaltung des Wirbelbetts 21 wird von dem aus dem Festbett 20 austretenden Reduktionsgas, das durch die Vergasung des kohlenstoffhältigen Materials 2 erzeugt wird, gebildet.
Die Zuleitung 7, die als Förderleitung für den Eisenschwamm 4 ausgebildet ist, wird zumindest im Mündungsbereich 22 von Fluidisierungsgas beaufschlagt, das den Eisenschwamm 4 in den Einschmelzvergaser 1 fördert. Zentral innerhalb der Förderleitung 7 und koaxial zu dieser ist eine Sauerstoffzuführleitung 23 vorgesehen, deren Mündung 24 knapp über die ringförmige Mündung 25 der Förderleitung 7 in den Einschmelzvergaser 1 ragt. Der durch die Sauerstoffzuführleitung 23 eingebrachte Sauerstoffstrahl wird vom zugeführten Eisenschwamm 4 peripher umgeben, d.h. umschlossen. Hierdurch kommt es unmittelbar im Wirbelbett 21 infolge der sich einstellenden hohen Temperatur zu einem Aufschmelzen des Eisenschwamms 4.
Vorzugsweise sind mehrere Sammelbehälter 16 mit Wirbelschichten 18 um den Einschmelzvergaser 1 verteilt angeordnet, sodaß eine radialsymmetrische und über den Querschnitt des Einschmelzvergasers 1 gleichmäßige Einbringung des Eisenschwamms 4 gegeben ist. Zusätzlich können zwischen den Mündungen 25 der Eisenschwamm-Förderleitungen 7 noch weitere Sauerstoffzuleitungen 26 in den Einschmelzvergaser 1 münden, die die Effektivität des Aufschmelzens weiter erhöhen. Um auch das Zentrum des Wirbelbetts 21 als Schmelzzone heranzuziehen, ist eine Sauerstofflanze 27 vorgesehen, deren Mündung 28 etwa im Zentrum und knapp oberhalb des Festbetts 20 im Wirbelbett 21 vorgesehen ist. Die Sauerstofflanze 27 ist zweckmäßig zentral von oben in den Einschmelzvergaser 1 ragend angeordnet.
Die Einstellung der Gesamthöhe 29 aus Festbett 20 und Wirbelbett 21 erfolgt derart, daß sich eine Reduktionsgastemperatur in dem oberhalb des Wirbelbettes 21 vorgesehenen Beruhigungsraum 30 von etwa 1050°C einstellt. Die Lage der Festbett-Oberfläche kann durch die Wahl der zugeführten Kohlekörnung und/oder durch die Aufteilung des Gesamtsauerstoffs auf das Festbett 20 und das Wirbelbett 21 beeinflußt werden.
Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird mittel eines Fördergases, das beispielsweise von gekühltem Reduktionsgas gebildet ist, in den oberen Teil des Sammelbehälters 16 über eine Leitung 31 zugeführt, u.zw. in einer solche Menge, daß an der Mündung 25 ein Hohlraum 32 in dem Wirbelbett 21 durch den Impuls des eintretenden Gases entsteht.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen, sondern kann in verschiedener Hinsicht modifiziert werden. So muß die Sauerstoffzuführleitung 23 nicht koaxial in der Zuleitung 7 vorgesehen sein. Wichtig ist ein unmittelbar nach dem Eintritt des Eisenschwammes 4 in den Einschmelzvergaser 1 stattfindender Kontakt mit Sauerstoff, so daß der Aufschmelzprozeß des Eisenschwammes 4 vollständig in der Wirbelschicht 21 stattfinden kann. Um dies zu erzielen, könnten die Zuleitung 7 und die Sauerstoffzuführleitung 23 unmittelbar benachbart angeordnet sein, wenn auch das beste Ergebnis dann erzielt wird, wenn der Eisenschwamm 4 den Sauerstoffstrahl zumindest im Bereich der Mündung 25 umschließt.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen (9) oder Stahlvorprodukten aus feinteilchenförmigem eisenhältigem Material (4), insbesondere reduziertem Eisenschwamm, in einem Einschmelzvergaser (1), in dem unter Zuführung von kohlenstoffhältigem Material und Sauerstoff bei gleichzeitiger Bildung eines Reduktionsgases in einem aus festen Kohlenstoffträgern (2) gebildeten Bett (20, 21) das eisenhältige Material (4) eingeschmolzen wird, gegebenenfalls nach vorheriger Fertigreduktion, wobei das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) und Sauerstoff in das Bett (20, 21) seitlich eingebracht werden, im Einschmelzvergaser (1) oberhalb eines von festen Kohlenstoffträgern (2) gebildeten Festbettes (20) ein Wirbelbett (21) aus feinteilchenförmigen festen Kohlenstoffträgern (2) und feinteilchenförmigem eisenhältigem reduziertem Material (4) aufrechterhalten wird und das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) direkt in das Wirbelbett (21) eingebracht und dort aufgeschmolzen wird, wobei das reduzierte Material (4) in unmittelbarem Kontakt mit Sauerstoff eingebracht wird, und das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) vor dem Einbringen in das Wirbelbett (21) unter Bildung einer Wirbelschicht (18) in einem als Wirbelschichtschleuse dienenden Sammelbehälter (16) gesammelt und aus der Wirbelschicht (18) mittels eines Förder- und/oder Fluidisierungsgases weiter in das Wirbelbett (21) gefördert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) mittels eines Fluidisierungsgases in das Wirbelbett (21) eingebracht, vorzugsweise eingeblasen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in das Wirbelbett (21) zusätzlich im Zentrumsbereich desselben Sauerstoff eingeblasen wird, vorzugsweise von oben.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) unter Druck in das Wirbelbett (21) mittels eines Fördergases eingeblasen wird, sodaß sich an der Mündung in das Wirbelbett (21) ein für das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) freier Hohlraum (32) bildet.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das feinteilchenförmige Material (4) in Form einer einen Sauerstoffstrahl peripher umgebenden einen ringförmigen Querschnitt aufweisenden und den Sauerstoff umschließenden Strähne eingebracht wird.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wirbelschicht (18) ein Fördergas für das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) unter Druck, vorzugsweise mit einem Druck höher als der im Wirbelbett (21) herrschende Druck, zugeführt wird.
  7. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Einschmelzvergaser (1) mit Zuleitungen (5, 6, 7) für die Zugabe von kohlenstoffhältigem Material (2), eisenhältigem reduziertem feinteilchenförmigem Material (4) bzw. Sauerstoff, einer Ableitung (3) für den Abzug des erzeugten Reduktionsgases sowie weiters mit einem Schlacken- und Eisen-Schmelzenabstich (11), wobei ein unterer Abschnitt (8) des Einschmelzvergasers (1) zum Auffangen des geschmolzenen Roheisens (9) und der flüssigen Schlacke (10) und ein darüber liegender mittlerer Abschnitt zur Aufnahme eines Festbettes (20) aus festen Kohlenstoffträgern und anschließend ein oberer Abschnitt zur Aufnahme eines Wirbelbettes (21) dienen sowie darüber ein Beruhigungsraum (30) vorgesehen ist, in Höhe des Wirbelbettes (21) in der Seitenwand des Einschmelzvergasers (1) mindestens eine Einmündung einer Förderleitung (7) für feinteilchenförmiges reduziertes Material (4) vorgesehen ist, wobei eine Sauerstoffzuführleitung (23) unmittelbar benachbart zur Förderleitung (7) für das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) vorgesehen ist und die Förderleitung (7) für das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) aus einem als Wirbelschichtschleuse dienenden Sammelbehälter (16) mit darin gebildeter Wirbelschicht (18) zum Einschmelzvergaser (1) führt.
  8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung (7) für das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) mit Fluidisierungsgas beaufschlagbar ist.
  9. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Einschmelzvergaser (1) zusätzlich eine Sauerstoffzuführlanze (27) ragt, deren Austrittsöffnung (28) für den Sauerstoff in der Höhe des Wirbelbetts (21) und querschittsmäßig zentral zu liegen kommt.
  10. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffzufuhrleitung (23) die Förderleitung (7) für das feinteilchenförmige reduzierte Material zentral unter Bildung eines Ringförderraumes für das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) durchsetzt und in den Einschmelzvergaser (1) mündet.
  11. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sammelbehälter (16) mit darin gebildeter Wirbelschicht (18) eine ein Fördergas für das feinteilchenförmige reduzierte Material (4) zuführende Leitung (31) mündet.
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