DD201809A5 - METHOD FOR THE DIRECT REDUCTION OF IRON CARRIER AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHOD - Google Patents
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Abstract
Bei der Direktreduktion von Eisentraegern in einem aussen beheizten Muffelofen (1) wird der Eisentraeger ebenso wie das Reduktionsmittel in stueckiger Form aufgegeben. Zur Verbesserung der Energiebilanz werden die Reaktionsgase aus dem Muffelofen(1) mit ihrer fuehlbaren Waerme unmittelbar und auf kuerzestem Weg in die den Muffelofen (1) umgebenden Brennkammern (3,4) geleitet. Der Muffelofen (1) ist zu diesem Zweck an seinem Aufgabe- und Austragsende gasdicht abschliessbar und weist in seiner Wandung in die Brennkammern (3,4) muendende Oeffnung (21,22) auf.In the direct reduction of Eisentraegern in an externally heated muffle furnace (1), the iron carrier as well as the reducing agent is abandoned in a sticky form. To improve the energy balance, the reaction gases from the muffle furnace (1) with their heatable heat are conducted directly and in the shortest possible way into the combustion chambers (3, 4) surrounding the muffle furnace (1). The muffle furnace (1) is for this purpose at its task and discharge end gas-tight lockable and has in its wall in the combustion chambers (3,4) mating opening (21,22).
Description
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Verfahren zur Direktreduktion von Bisenträgern sowie Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensProcess for the direct reduction of bisectors and apparatus for carrying out the process
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Direktreduktion von Eisenträgern, insbesondere Eisenerzen, in einem schachtartigen Muffelofen mit den Muffelofen umgebenden Brennkammern, bei welchem der Eisenträger in stückiger Form mit einer Korngröße von über 5 mm zusammen mit stückigen Reduktionsmitteln und gegebenenfalls Zuschlägen eingebracht wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens .The invention relates to a method for the direct reduction of iron carriers, in particular iron ores, in a shaft-like muffle furnace with the muffle furnace surrounding combustion chambers, in which the iron carrier is introduced in lumpy form with a particle size of about 5 mm together with lumpy reducing agents and optionally additives, and to an apparatus for carrying out this method.
Bei den bekannten Verfahren zur Direktreduktion von Bisenträgern werden Stückerz- oder Eisenerzpellets zusammen mit festen· Reduktionsmitteln am oberen Ende eines Schachtofens aufgegeben. Je nach verwendeter Kohle werden Zusätze, wie Kalk, eingesetzt, um den Schwefel der Kohle zu binden» Das Aufheizen der Beschickung aus Erz, Pellets oder ähnlichen und festen Reduktionsmitteln erfolgt durch Wärmetransport von den Muffelofen bzw. Schachtofen außen umgebenden Kammern aus. In diesen Kammern werden beispielsweise flüssige oder gasförmige Brennstoffe verbrannt. Die Beschickung sinkt durch eine Vorwärmzone, in welcher auch eine Vorreduktion von Fe2O., und Fe^O, zu FeO erfolgt, in eine Reduktionszone ab und kühlt in Richtung zum Austrag ab. Die Reduktion erfolgt hierbei durchwegs in der festen Phase,und es wird somit bei Temperaturen gearbeitet, welche üblicherweise bis zu etwa 1150 0C betragen. Das ausgetragene Material wird mittels Magnetscheidung und Siebung getrennt, wobei das vom Eisenschwamm abgetrennte überschüssige Reduktionsmittel demIn the known methods for the direct reduction of bulk carriers, lump ore ore pellets are fed together with solid reducing agents at the upper end of a shaft furnace. Depending on the coal used additives such as lime, used to bind the sulfur of the coal »The heating of the charge of ore, pellets or similar and solid reducing agents is carried out by heat transfer from the muffle furnace or shaft furnace outside surrounding chambers. In these chambers, for example, liquid or gaseous fuels are burned. The feed sinks through a preheating zone, in which prereduction of Fe 2 O., and Fe 2 O., to FeO occurs, into a reduction zone and cools off in the direction of discharge. The reduction takes place consistently in the solid phase, and it is thus carried out at temperatures which are usually up to about 1150 0 C. The discharged material is separated by magnetic separation and sieving, wherein the excess of reducing agent separated from the sponge iron the
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Prozeß rückgeführt werden kann. Die Wandung des Schachtofens bzw. Muffelofens besteht zumeist aus Siliziumkarbid. Die bekannten Verfahren dieser Art benötigen nun pro Tonne Eisenschwamm in Summe rund 14,5 GJ bis 16,0 GJ. Von diesem Energieverbrauch entfallen rund die Hälfte entsprechend 7 - 8 GJ auf die festen Reduktionsmittel, z. B. Kohle. Weitere rd. 7 -?~8 GJ entsprechen der anderen Hälfte für die Beheizung des Ofens von außen, beispielsweise mit Erdgas. Die bei der Reduktion der Eisenoxyde mit festen Reduktionsmitteln entstehenden kohlenmonoxydhaltigen heißen Gase sowie weitere brennbare flüchtige Bestandteile der Kohle werden bei den bekannten Verfahren ungenützt an der Gicht des Muffelofens abgefackelt. Die Vorteile der Verwendung eines Muffelofens gegenüber der Verwendung eines Drehrohrofens sind in erster Linie darin zu erblicken, daß die gesamte reduzierende Zone durch die Siliziumkarbidwände des Ofens von der oxydierenden Heizzone getrennt ist. Bei einem Drehrohrofen werden nun die aus der Schüttung austretenden heißen Reduktionsprodukte verbrannt und geben noch innerhalb des_ Prozesses Wärme für den Prozeß ab. Dieser Vorteil wird aber durch eine weniger exakte Trennung der oxydierenden und der reduzierenden Zonen im Drehrohrofen erkauft.Process can be returned. The wall of the shaft furnace or muffle furnace is usually made of silicon carbide. The known methods of this type now require a total of about 14.5 GJ to 16.0 GJ per ton of sponge iron. About half of this energy consumption, corresponding to 7 - 8 GJ, is attributable to the solid reducing agents, eg. Eg coal. Further approx. 7 -? ~ 8 GJ correspond to the other half for heating the stove from the outside, for example with natural gas. The resulting in the reduction of iron oxides with solid reducing agents carbon monoxide-containing hot gases and other combustible volatile constituents of the coal are flared in the known methods unused to the gout of the muffle furnace. The advantages of using a muffle furnace over the use of a rotary kiln are primarily to be seen in that the entire reducing zone is separated from the oxidizing heating zone by the silicon carbide walls of the furnace. In a rotary kiln, the hot reduction products emerging from the bed are now burned and give off heat for the process within the process. This advantage is, however, paid for by a less exact separation of the oxidizing and reducing zones in the rotary kiln.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Direktreduktion von Eisenträgern sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung zu stellen.The object of the invention is to provide a method for the direct reduction of iron carriers as well as an apparatus for carrying out the method.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Verfahren der eingangs genannten Art so durchzuführen, daß die Wärmebilanz verbessert wird, ohne daß hierbei Nachteile in bezug auf die Reduktion der niedergehenden Beschickung in Kauf genommen werden. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die ErfindungThe object of the invention is to carry out the method of the type mentioned above in such a way that the heat balance is improved without disadvantages being incurred with regard to the reduction of the falling charge. To solve this problem, the invention
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im wesentlichen darin, daß die Reaktionsgase aus dem Muffelofen mit ihrer fühlbaren Wärme unmittelbar in die den Muffelofen umgebenden Brennkammern geleitet werden. Dadurch, daß die heißen brennbaren Reduktionsprodukte, vor allen Dingen Kohlenmonoxyd sowie die flüchtigen Bestandteile der Kohle aus dem Innenraum des Muffelofens in den Brennraum strömen, läßt sich sowohl die chemisch gebundene als auch die fühlbare Wärme dieser Abgase vollständig nützen, wodurch die Wärmebilanz wesentlich verbessert wirdoessentially in that the reaction gases from the muffle furnace with their sensible heat are conducted directly into the combustion chambers surrounding the muffle furnace. Characterized in that the hot combustible reduction products, especially carbon monoxide and the volatile constituents of the coal from the interior of the muffle furnace flow into the combustion chamber, both the chemically bonded and the sensible heat of these gases can be fully useful, so that the heat balance is substantially improved
Die für die Durchführung dieses Verfahrens vorgeschlagene Vorrichtung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Muffelofen an seinen Aufgabe- und Austragsenden gasdicht abschließbar ist und daß die Wandung des Muffelofens in wenigstens einer Ebene angeordnete, in die Brennkammer(n) mündende Öffnungen aufweist. Dadurch, daß der Muffelofen an seinem Aufgabeende und seinem Austragsende mit dicht haltenden Schleusen versehen ist und dadurch, daß in wenigstens einer Ebene Öffnungen in der Wandung des Mufelofens vorgesehen sind, wird sichergestellt, daß das im Inneren des Muffelofens entstehende Reduktionsgas sowie die flüchtigen Anteile der Kohle ausschließlich von innen nach außen strömen, da im Inneren des Ofens durch die dichten Schleusen ein Überdruck aufgebaut wird. Es wird somit ein Rückströmen von oxydierenden Gasen in den Reduktionsraum verhindert. Es hat sich gezeigt, daß durch.diese Maßnahmen der Gesamtenergieverbrauch um über 2,5 GJ/t Eisenschwamm gesenkt werden kann. Diese Verringerung des Energieverbrauches kann durch die Verwendung von Kohle mit hohen Anteilen an brennbaren flüchtigen Bestandteilen noch weiter gesteigert werden, wobei eine Verringerung des Gesaratenergieverbrauches um rund 4,2 GJ/t Eisenschwamm entsprechend etwa 25 % ohne weiteres möglich ist.The proposed device for carrying out this method is essentially characterized in that the muffle furnace is gas-tightly lockable at its task and discharge ends and that the wall of the muffle furnace arranged in at least one plane, in the combustion chamber (s) having openings. The fact that the muffle furnace is provided at its task end and his discharge with tight locks and characterized in that openings are provided in at least one level in the wall of Mufelofens, it is ensured that the resulting inside the muffle furnace reducing gas and the volatile components of Only flow coal from the inside to the outside, as an overpressure is built up inside the furnace through the tight locks. E s thus a backflow of oxidizing gases is prevented in the reduction space. It has been shown that these measures can reduce total energy consumption by over 2.5 GJ / t sponge iron. This reduction in energy consumption can be further increased by using coal with high levels of combustible volatiles, with a reduction in total energy consumption of about 4.2 GJ / t sponge iron, corresponding to about 25 %, readily possible.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammern in an sich bekannter Weise als zum Muffelofen konzentrischeA preferred development of the device according to the invention is characterized in that the combustion chambers in a conventional manner as concentric to the muffle furnace
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und in Achsrichtung des Muffelofens aneinander anschließende Ringkammern ausgebildet sind und daß die Ringkammern, in welche die Öffnungen zum Innenraum des Muffelofens münden, nahe dem Boden dieser Kammern radial nach außen offenbare und verschließbare Putzöffnungen aufweisen. Durch die Trennung der Brennkammern, in welche die Öffnungen zum Innenraum des Muffelofens münden, von den übrigen Brennkammern, lassen sich flüchtige und leicht kondensierende Verunreinigungen der Beschickung, welche im nachfolgenden Stahlfrischprozeß stören wurden, leichter abtrennen. Zu diesem Zweck sind in den Kammern, welche mit dem Innenraum des Muffelofens verbunden sind, nach außen offenbare Putζöffnungen vorgesehen, über welche beispielsweise Zinkoxyde, Alkalien oder andere Metalloxyde ausgetragen werden können. Diese Maßnahmen bringen somit neben der Verbesserung des Energiehaushaltes auch noch eine weitere Reinigung der Beschickung von metallurgisch störenden Bestandteilen.mit sich,and in the axial direction of the muffle furnace adjoining annular chambers are formed and that the annular chambers, in which the openings open to the interior of the muffle furnace, have near the bottom of these chambers radially outwardly revealable and closable plaster openings. By separating the combustion chambers into which the openings lead to the interior of the muffle furnace, from the other combustion chambers, volatile and easily condensing impurities of the feed, which would interfere with the subsequent steel fresh process, can be separated more easily. For this purpose, in the chambers, which are connected to the interior of the muffle furnace, outwardly open Putζöffnungen provided over which, for example, zinc oxides, alkalis or other metal oxides can be discharged. These measures thus bring not only the improvement of the energy balance but also a further purification of the loading of metallurgically disturbing constituents.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment.
Es wurde ein Einsatz von 1350 kg Pe2Oo in Porm von Pellets und Kalk mit 300 kg Kohle in stückiger Porm chargiert.. Die Energiebilanz läßt sich wie folgt darstellen:A charge of 1350 kg Pe 2 Oo in pellets of pellets and lime was charged with 300 kg of coal in lumpy Porm. The energy balance can be represented as follows:
Eingebrachte Energie: 300 kg Kohle (25.100 KJ/kg) Introduced ene rgy e 300 kg coal (25,100 KJ / kg)
200 Um3GH4 (40.400 KJ/Nm3) 80 kWh Strom ( 3.600 KJ/kWh)200 By 3 GH 4 (40,400 KJ / Nm 3 ) 80 kWh of electricity (3,600 KJ / kWh)
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Hierauf wurde in einem entsprechend der Erfindung modifizierten Schachtofen mit der gleichen Charge gearbeitet, wobei das obere Ende des Muffelofens mit einem Doppelglockengichtgasverschluß abgeschlossen wurde und das Austragsende mit einer Doppelschleuse versehen wurde, um einen gasdichten Abschluß sicherzustellen. Der Erdgasverbrauch konnte υοώ. 200 Nm /t Eisenschwamm auf etwa 120 Nm /t verringert werden. Die übrigen Verbrauchswerte blieben von dieser Maßnahme unberührt. Pur diese zweite Charge wurde eine Vorrichtung, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, eingesetzt.This was done in a modified according to the invention shaft furnace with the same batch, wherein the upper end of the muffle furnace was closed with a Doppelglockengichtgasverschluß and the discharge end was provided with a double lock to ensure a gas-tight seal. The natural gas consumption could υοώ. 200 Nm / t iron sponge can be reduced to about 120 Nm / t. The other consumption values remained unaffected by this measure. Purely this second batch was a device as shown in the drawing used.
In der Zeichnung ist mit 1 der Muffelofen bezeichnet. Der Muffelofen wird von oben über einen Doppelglockengichtgas-In the drawing, 1 denotes the muffle furnace. The muffle furnace is fired from above via a double bell-gas
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Verschluß als Eintragsschleuse beschickt, wobei die Eintragsschleuse mit 2 bezeichnet ist. Konzentrisch zum Muffelofen 1 sind Brennkammern 3 und 4 vorgesehen, welche in Achsrichtung des Muffelofens aneinander anschließen. In diesen Brennkammern sind Brenner 5 und 6 angeordnet, welche mit Methan beheizt werden. Das Brenngas wird hierbei über die Leitungen 7 den Brennern 5 und 6 zugeführt. Am Austragsende des Muffelofens ist eine Wasserkühlstrecke 8 vorgesehen, wobei das reduzierte Material durch eine Austragsschnecke 9 zur Austragsschleuse 10 befördert wird. Die Austragsschleuse 10 weist zwei Schieber 11 und 12 auf und ist somit als gasdichte Doppelschleuse ausgebildet. Das ausgetragene Material wird in einem Sieb 13 gesiebt und durch Magnetscheidung 14 in feinen Eisenschwamm und nichtmagnetischen Anteil getrennt. Das grobkörnige Material wird gleichfalls über eine Magnetscheidung 14 in Bisenschwammpellets und überschüssige stückige Reduktionsmittel geteilt, welche über eine Fördereinrichtung 15 der Eintragsschleuse 2 zurückgeführt werden.Closure loaded as entry lock, the entry lock is designated 2. Concentric with the muffle furnace 1 combustion chambers 3 and 4 are provided, which adjoin one another in the axial direction of the muffle furnace. In these combustion chambers burners 5 and 6 are arranged, which are heated with methane. The fuel gas is in this case supplied via the lines 7 to the burners 5 and 6. At the discharge end of the muffle furnace a water cooling section 8 is provided, wherein the reduced material is conveyed by a discharge screw 9 to the discharge lock 10. The discharge lock 10 has two slides 11 and 12 and is thus designed as a gas-tight double lock. The discharged material is sieved in a sieve 13 and separated by magnetic separation 14 in fine sponge iron and non-magnetic portion. The coarse-grained material is also divided by a magnetic separation 14 in Bisenschwammpellets and excess particulate reducing agent, which are returned via a conveyor 15 of the entry lock 2.
Den Brennkammern 3 und 4 wird Verbrennungsluft über ein Gebläse 16 sowie Leitungen 17 und 18 zugeführt. Die Leitungen 17 werden hierbei über einen Wärmetauscher 19 geführt, welcher durch die aus den Brennkammern 3 und 4 über die Leitungen 20 austretenden Abgase beheizt wird. Die Verbrennungsluft wird somit vorerwärmt.The combustion chambers 3 and 4 combustion air via a blower 16 and lines 17 and 18 is supplied. The lines 17 are in this case guided over a heat exchanger 19, which is heated by the exiting the combustion chambers 3 and 4 via the lines 20 exhaust gases. The combustion air is thus preheated.
Der Muffelofen weist im Bereich der oberen Brennkammer 3 Austrittsöffnungen 21 auf, welche unmittelbar in diese Brennkammer 3 münden. Im Bereich der unteren Brennkammer 4 sind Austrittsöffnungen 22 in der Wandung"des Muffelofens 1 vorgesehen, welche unmittelbar in die Brennkammer 4 münden.The muffle furnace has in the region of the upper combustion chamber 3 outlet openings 21, which open directly into this combustion chamber 3. In the region of the lower combustion chamber 4, outlet openings 22 are provided in the wall "of the muffle furnace 1, which open directly into the combustion chamber 4.
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Mit 23 sind jeweils Austragsöfiriungen am unteren Sride der Brennkammern 3 und 4 bezeichnet, über welche kondensierende flüssige oder feste Produkte, wie beispielsweise Zinkoxyde, flüssiges Zink, o. dgl., welche zusammen mit den Reaktionsgasen über die Bohrungen 21 und 22 in die jeweiligen Brennkammern 3 und 4 ausgetreten sind, ausgetragen werden können.With 23 are respectively Austragsöfiriungen at the bottom of the combustion chambers 3 and 4, via which condensing liquid or solid products, such as zinc oxides, liquid zinc, o. The like., Which together with the reaction gases through the bores 21 and 22 into the respective combustion chambers 3 and 4 are discharged, can be discharged.
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