EP4502186A1 - Verfahren zur herstellung von eisenagglomeraten, eisenagglomerate sowie ihre verwendung - Google Patents

Verfahren zur herstellung von eisenagglomeraten, eisenagglomerate sowie ihre verwendung Download PDF

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EP4502186A1
EP4502186A1 EP23189354.6A EP23189354A EP4502186A1 EP 4502186 A1 EP4502186 A1 EP 4502186A1 EP 23189354 A EP23189354 A EP 23189354A EP 4502186 A1 EP4502186 A1 EP 4502186A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
iron
fine
agglomerate
sinter
grain size
Prior art date
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Pending
Application number
EP23189354.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Schubert
Boris Kohnen
Matthias Weinberg
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.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority to EP23189354.6A priority Critical patent/EP4502186A1/de
Publication of EP4502186A1 publication Critical patent/EP4502186A1/de
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0046—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes making metallised agglomerates or iron oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/006—Starting from ores containing non ferrous metallic oxides
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    • C21B13/0073—Selection or treatment of the reducing gases
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    • C21B13/0086—Conditioning, transformation of reduced iron ores
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
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    • C22B1/16—Sintering; Agglomerating
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    • C22B1/24—Binding; Briquetting ; Granulating
    • C22B1/2406—Binding; Briquetting ; Granulating pelletizing
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    • C22B1/24—Binding; Briquetting ; Granulating
    • C22B1/242—Binding; Briquetting ; Granulating with binders
    • C22B1/243—Binding; Briquetting ; Granulating with binders inorganic

Definitions

  • the invention relates to a method for producing iron agglomerates. Furthermore, the invention relates to iron agglomerates produced accordingly, as well as to a use of the corresponding iron agglomerates.
  • the functional principle and operation of sintering plants is state of the art. After passing through the sintering plant and cooling, the cooled sinter is crushed and classified on screening machines, whereby fine particles (fine sinter) of up to 20 mm and less are separated. This fine particle is added back to the sinter mixture as internal waste.
  • the finished sinter can have an average grain size of between 12 and 30 mm, depending on requirements. This is conveyed via belts to the storage bunkers of the blast furnaces or to storage. During transport, abrasion occurs or part of the sinter is mechanically destroyed, so that the material is screened again before use in the blast furnace. This fine sinter is returned to the sintering plant and fed back into the mixing beds as waste. Thus, approximately 2 to 30% of the mass flow is circulated, which means that the efficiency of sintering plants is rather moderate due to the resulting return material and the lack of alternative utilization and, optionally, the necessary return of some of this return material outside the sintering process.
  • pelletizing in which fine iron ore is pelletized using a pelletizing device, usually known and familiar to the professional world, and appropriate binding agents and/or water. This results in more or less regularly shaped pellets, which are then fired in a stabilization process in order to meet certain strength requirements.
  • the advantage of these pellets is their easily calculable pouring behavior and a high void volume, which promotes good gas permeability at the place of use, for example in a blast furnace.
  • From the IN 202131008723 A is known to improve the productivity of iron ore pellets by specifying a pellet composition which comprises iron ore fines, carbonaceous material, binder, iron ore sinter and flux, optionally together with a calcium oxide source.
  • the process for producing the composition involves mixing an iron ore fine grain, a carbonaceous material and a flux, optionally together with the calcium oxide source, to obtain a mixture, followed by drying the mixture, adding a sinter fine grain to the dried mixture, which is then ground, finally adding a binder to the ground mixture to obtain the composition.
  • the particle size of the composition after grinding is between 0.045 and 0.15 mm.
  • the composition is pelletized on a pelletizing plate by adding water to an iron ore pellet with a size between 6 and 16 mm and fired at a temperature between 1250 and 1330 °C in an oxidized atmosphere.
  • This pellet composition plays an important role in controlling the slag chemistry, which in turn determines the productivity of the blast furnace.
  • the object of the present invention is to provide a more economical process for producing iron agglomerates compared to the prior art and to provide resistant iron agglomerates.
  • the invention relates to an iron agglomerate comprising fine iron ore and fine sinter, wherein the fine sinter with a grain size between 0.50 and 20 mm is contained in the iron agglomerate.
  • the invention relates to a use of the iron agglomerate according to the invention, in particular produced by the process according to the invention, in a direct reduction process.
  • the invention essentially deals with the solids provided, fine iron ore and fine sinter, without having to subject them to an additional grinding process before agglomeration, but uses the state in the delivered or provided form.
  • the fine sinter has a porous, hard structure, which is advantageously very easy to gasify and can give the agglomerate a high level of resistance.
  • the advantage of gasification would be negated by a grinding process as described in the prior art.
  • each additional step would be associated with costs, so that the invention can lead to a resistant iron agglomerate in just a few steps compared to the prior art.
  • the sintering process is ideally carried out in such a way that the sinter has the desired properties, for example with a reduction disintegration index (RDI).
  • RDI reduction disintegration index
  • the resulting return material therefore has identical properties and would therefore be particularly suitable for agglomeration.
  • the fine sinter can, for example, have an RDI of at least 12 wt.%, in particular between 15 and 35 wt.%.
  • An example of determining the RDI is described in " In-situ Evaluation for Crack Generation Behavior of Iron Ore Agglomeration during Low Temperature Reduction by Applying Acoustic Emission Method and Analysis of Reduction Disintegration Behavior", NIPPON STEEL TECHNICAL REPORT No. 123 March 2020, Mizutani et al., available at https://www.nipponsteel.com/en/tech/report/pdf/123-08.pdf .
  • the fine iron ores provided which have a grain size between 0.010 and 10 mm, in particular between 0.020 and 7 mm, preferably between 0.050 and 4 mm, preferably between 0.070 and 2 mm, are iron oxides which are mixed with gangue may be contaminated. They exist in hematitic (Fe 2 O 3 ), magnetitic (Fe 3 O 4 ), wüstitic (FeO) modification and/or as geothite (FeO(OH)).
  • the fine iron ores are produced during iron ore mining, during transport and/or during iron ore processing, which cannot, for example, be economically used for their intended purpose without additional and therefore costly measures.
  • the fine sinter provided which has a grain size between 0.50 and 20 mm, in particular between 0.70 and 15.0 mm, preferably between 1.0 and 10.0 mm, preferably between 1.20 and 8.0 mm, more preferably between 1.40 and 5.0 mm, is the previously described return material.
  • return material By using the classic "return material" for other purposes, the efficiency of sintering plants can be increased, since the circulating mass flow can be reduced or completely avoided and "fresh" material can thus be added.
  • fine material capacities are thus freed up in the sintering process and enable the addition of other fine particles, such as metal-containing or iron-containing dust, in particular from a direct reduction process or fine particles from finished iron sponges.
  • a binding agent which can be provided optionally, can help to increase the strength of the iron agglomerate. All binding agents familiar to the person skilled in the art that serve the stated purpose can be used.
  • a cement binding agent can be used if, for example, an iron agglomerate is to be cold agglomerated.
  • the cement binding agent preferably depending on its content, enables the slag management, in particular its proportions of MgO, CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , to be varied during pig iron production via the respective cement proportion of the agglomerate.
  • the cement binding agent can preferably be Portland cement or granulated blast furnace cement.
  • the optional addition can, for example, be between 0.1 and 15% by weight based on the dry state of the agglomerate.
  • the optional binder may comprise or contain between 0.1 and 15% by weight, based on the dry state of the agglomerate, of water glass, alumina cement, calcium chloride, an alkali salt, in particular a Na salt, or a cellulose adhesive, such as paste, in particular sodium carboxymethylcellulose.
  • Water may be required for agglomeration and should be added in such a way that no high water content is stored in the iron agglomerate, so that at the site no unnecessary energy is required to (re)expel the water content.
  • the iron agglomerate can thus be "moist" after it has been formed, whereby the water content of the agglomerate should be less than 20% by weight based on the dry state.
  • an iron agglomerate may comprise or contain, based on the dry state, between 10 and 90% by weight of fine sinter, between 10 and 90% by weight of fine iron ore, optionally up to 15% by weight of binder and/or up to 20% by weight of water.
  • the fine iron ores, the fine sinter and optionally the binder can be mixed and agglomerated as a mixture with the addition of water.
  • a pelletizing device known per se can be used for agglomeration. This allows the iron agglomerates to be produced as pellets.
  • An example of implementation is given in the IN 202131008723 A
  • the pellets can have a size between 3 and 50 mm, in particular between 4 and 40 mm, preferably between 5 and 30 mm, preferably between 6 and 20 mm.
  • a stone production device known per se can be used for agglomeration.
  • This allows iron agglomerates to be produced as stones with a cylindrical, cuboid or polygonal, in particular hexagonal, base area and height.
  • Iron agglomerates of the type in question here can be produced on stone production devices known per se, such as those used for the production of paving stones.
  • Such stone production devices enable particularly cost-effective production and help to ensure that the iron agglomerates according to the invention can be produced at a particularly favorable price, which further increases the economic efficiency of their use.
  • An example of implementation is given in the DE 10 2004 027 193 A1
  • the base area can be between 100 and 100,000 mm 2 .
  • the height can be between 30 and 250 mm.
  • the iron agglomerate can be fired, in particular if a higher strength of the iron agglomerate is desired and/or if cold setting is not possible without the addition of binding agents.
  • An example of implementation, in particular in connection with pellets, is in the IN 202131008723 A
  • the water contained in the iron agglomerate is expelled so that the water content is reduced, in particular to values of less than 1.0% by weight or less.
  • the fine sinter is enclosed by the fine iron ore in the iron agglomerate. Because the fine sinter has a porous surface, the fine iron ore can settle well on the surface during agglomeration or form a positive connection with it, so that the fine iron ore essentially completely encloses the fine sinter.
  • the hard, enclosed structure of the fine sinter can therefore no longer have an abrasive effect at the site of use, but can still provide very good gas permeability.
  • the grain size of the fine iron ore can be smaller by a factor of at least 5 than the grain size of the fine sinter, in particular by a factor of at least 10, preferably by a factor of at least 15, preferably by a factor of at least 20.
  • the direct reduction process can take place in a shaft furnace known per se. In contrast to the blast furnace, the iron agglomerate is not melted in the shaft furnace.
  • the direct reduction process can be carried out in a rotary kiln/rotary reactor known per se.
  • the direct reduction process can take place in a known fluidized bed.
  • a reducing gas with a hydrogen content of at least 50 vol.%, in particular at least 60 vol.%, preferably at least 70 vol.%, preferably at least 80 vol.% can be used.
  • Hydrogen with a high content, in particular up to 100%, can lead to a CO 2 -reduced to almost CO 2 -free production of reduced iron ore or iron agglomerates, also called sponge iron.
  • the iron agglomerates according to the invention used in the direct reduction are thus reduced to sponge iron, which is then melted in an electric melter with the optional addition of further solids, such as slag formers and/or carbon and/or scrap, to form pig iron or crude steel.
  • the iron agglomerates according to the invention used in the direct reduction can be reduced to sponge iron, which is then melted in an oxygen converter with the optional addition of further solids, such as slag formers and/or carbon and/or scrap, to form cast iron or crude steel.
  • the iron agglomerates according to the invention used in the direct reduction can be reduced to sponge iron, which is then briquetted in a briquetting plant either in the cold or preferably in the hot state.
  • a (final) sinter with an average grain size of 26.7 mm was produced in a sintering plant. After cooling the hot sinter, fine sinter with a grain size equal to or smaller than 20 mm, in particular equal to or smaller than 10 mm, was sieved out.
  • This classic "return material” was not completely returned to the sintering process, but was used as a component to produce an iron agglomerate together with fine iron ores, which can have a grain size of 0.010 and 10 mm, whereby the grain size of the fine iron ores can be, for example, at least a factor of 5 smaller than the grain size of the fine sinter, in order to produce an iron agglomerate as a pellet or as a stone with the addition of optional binding agents and water.
  • an iron agglomerate (1) can be produced as a pellet, whereby fine sinter (2) with a grain size between 2 and 6 mm and fine iron ore (3) with a grain size between 0.2 and 0.6 mm are mixed, cf. sketched section through an iron agglomerate (1) according to the invention in Figure 1
  • the proportions were approximately 40% by weight fine sinter and approximately 60% by weight fine iron ore .
  • the addition of a binding agent was not necessary.
  • the mixture was agglomerated on a conventional pelletizing plate with the addition of water to form pellets with a size of 18 mm. The pellets were then fired at approximately 1280 °C in an oxidizing atmosphere for approximately 1 hour.
  • the ratio of fine sinter to fine iron ore described above can also be used to reduce the firing time compared to firing standard pellets. A microscopic examination of the pellets showed that the fine iron ore had completely surrounded the fine sinter. This makes it possible to provide very resistant iron agglomerates with very good gas permeability and strength that are improved compared to standard iron ore pellets for use in direct reduction plants.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisenagglomeraten, entsprechend hergestellte Eisenagglomerate sowie eine Verwendung der entsprechenden Eisenaqqlomerate.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisenagglomeraten. Des Weiteren betrifft die Erfindung entsprechend hergestellte Eisenagglomerate, sowie eine Verwendung der entsprechenden Eisenagglomerate.
  • Das Funktionsprinzip und das Betreiben von Sinteranlagen ist Stand der Technik. Nach Durchlaufen der Sinteranlage und einer Kühlung wird der gekühlte Sinter zerkleinert und auf Siebmaschinen klassiert, wobei Feinanteile (Feinsinter) bis zu 20 mm und weniger abgetrennt werden. Dieser Feinanteil wird als internes Rückgut der Sintermischung wieder beigegeben. Der fertige Sinter kann je nach Anforderung eine mittlere Körnung zwischen 12 und 30 mm aufweisen. Dieser wird über Bänder zu den Vorratsbunkern der Hochöfen oder auf Lager gefördert. Durch den Transport entsteht Abrieb bzw. wird ein Teil des Sinters mechanisch zerstört, so dass vor dem Einsatz im Hochofen das Material erneut abgesiebt wird. Dieser Feinsinter wird zur Sinteranlage zurückgebracht und dort als Rückgut wieder in die Mischbetten eingeschleust. Somit werden in etwa 2 bis ca. 30 % des Massenstroms im Kreis gefahren, wodurch der Wirkungsgrad von Sinteranlagen aufgrund des anfallenden Rückguts und einer fehlenden anderweitigen Verwertung und optional teilweise auch zum kleineren Teil notwendigen Rückführung dieses Rückguts außerhalb des Sinterprozesses eher moderat ausfällt.
  • Des Weiteren ist es bekannt, Agglomerate in Form von Pellets mittels Pelletierung herzustellen, bei welchem Feineisenerz mit Hilfe einer Pelletierungseinrichtung, meist bekannte und der Fachwelt geläufige Pelletierteller, und entsprechenden Bindemitteln und/oder Wasser zu pelletieren. Daraus ergeben sich mehr oder weniger regelmäßig geformte Pellets, welche anschließend in einem Stabilisierungsprozess gebrannt werden, um gewisse Anforderungen an die Festigkeit zu erfüllen. Der Vorteil dieser Pellets ist ein gut kalkulierbares Schüttverhalten und ein hohes Lückenvolumen, was eine gute Durchgasbarkeit am Einsatzort, beispielsweise in einem Hochofen, begünstigt.
  • Auch die Fertigung von Agglomeraten in Steinformaten ist bekannt, vgl. DE 10 2004 027 193 A1 .
  • Aus der IN 202131008723 A ist bekannt, die Produktivität von Eisenerzpellets zu verbessern, indem eine Pellet-Zusammensetzung angegeben wird, welche Eisenerz-Feinanteile, kohlenstoffhaltiges Material, Bindemittel, Eisenerzsinter und Flussmittel, gegebenenfalls zusammen mit einer Kalziumoxidquelle umfasst. Das Verfahren zur Herstellung der Zusammensetzung sieht vor, ein Eisenerz-Feinkorn, ein kohlenstoffhaltiges Material und ein Flussmittel, gegebenenfalls zusammen mit der Kalziumoxidquelle zu mischen, um eine Mischung zu erhalten, gefolgt vom Trocknen der Mischung, wobei ein Sinter-Feinkorn zu dem getrockneten Gemisch zugegeben wird, welches anschließend gemahlen wird, wobei zum Abschluss ein Bindemittel zu der gemahlenen Mischung zugegeben wird, um die Zusammensetzung zu erhalten. Die Partikelgröße der Zusammensetzung beträgt nach dem Mahlen zwischen 0,045 und 0,15 mm. Die Zusammensetzung wird auf einem Pelletierteller durch Zugabe von Wasser zu einem Eisenerzpellet mit einer Größe zwischen 6 und 16 mm pelletiert und bei einer Temperatur zwischen 1250 und 1330 °C in einer oxidierten Atmosphäre gebrannt. Diese Pellet-Zusammensetzung spielt eine wichtige Rolle bei der Kontrolle der Schlackenchemie, die wiederum die Produktivität des Hochofens bestimmt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein wirtschaftlicheres Verfahren zur Herstellung von Eisenagglomeraten im Vergleich zum Stand der Technik anzugeben, sowie widerstandfähige Eisenagglomerate bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Produkt mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Weiterführende, insbesondere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Gemäß einer ersten Lehre betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Eisenagglomeraten, umfassend folgende Schritte:
    • Bereitstellen von Feineisenerz mit einer Körnung zwischen 0,010 und 10 mm;
    • Bereitstellen von Feinsinter mit einer Körnung zwischen 0,50 und 20 mm;
    • Bereitstellen von Bindemittel und/oder Wasser; wobei das Feineisenerz und der Feinsinter unter Zugabe von Bindemittel und/oder Wasser agglomeriert werden.
  • Gemäß einer zweiten Lehre betrifft die Erfindung ein Eisenagglomerat umfassend Feineisenerz und Feinsinter, wobei der Feinsinter mit einer Körnung zwischen 0,50 und 20 mm im Eisenagglomerat enthalten ist.
  • Gemäß einer dritten Lehre betrifft die Erfindung eine Verwendung des erfindungsgemäßen Eisenagglomerats, insbesondere hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, in einem Direktreduktionsprozess.
  • Die Erfindung kommt im Wesentlichen mit den bereitgestellten Feststoffen, Feineisenerz und Feinsinter klar, ohne dass sie vor dem Agglomerieren einem zusätzlichen Mahlprozess zugeführt werden müssen, sondern nutzen den Zustand in angelieferter bzw. bereitgestellter Form. Der Feinsinter hat im Bereitstellungszustand eine poröse, harte Struktur, welche in vorteilhafter Weise sehr gut durchgasbar ist und dem Agglomerat eine hohe Widerstandsfähigkeit verleihen kann. Der Vorteil der Durchgasbarkeit würde jedoch durch einen Mahlprozess, wie im Stand der Technik beschrieben, zunichte gemacht werden. Des Weiteren wäre jeder zusätzliche Schritt mit Kosten verbunden, so dass die Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik mit wenigen Schritten zu einem widerstandsfähigen Eisenagglomerat führen kann.
  • Der Sinterprozess wird idealerweise so geführt, dass der Sinter gewünschte Eigenschaften aufweist, u.a. beispielsweise mit einem Reduktions-Desintegrationsindex (RDI). Das dabei anfallende Rückgut weist somit identische Eigenschaften auf und wäre somit besonders gut geeignet für ein Agglomerieren.
  • Der Feinsinter kann beispielsweise einen RDI von mindestens 12 Gew.-% aufweisen, insbesondere zwischen 15 und 35 Gew.-%. Ein Beispiel zur Ermittlung des RDI ist beschrieben in "In-situ Evaluation for Crack Generation Behavior of Iron Ore Agglomeration during Low Temperature Reduction by Applying Acoustic Emission Method and Analysis of Reduction Disintegration Behavior", NIPPON STEEL TECHNICAL REPORT No. 123 March 2020, Mizutani et al., abrufbar unter https://www.nipponsteel.com/en/tech/report/pdf/123-08.pdf.
  • Die Erfinder haben festgestellt, dass sich eine gezielte Zugabe von Kohlenstoff, wie sie im genannten Stand der Technik als Pflichtelement der Zusammensetzung angegeben ist, nachteilig auswirkt, insbesondere negativen Einfluss auf die Festigkeit hat, und bei einem Temperaturanstieg zu einer unerwünschten Dekrepitation führt. Somit wird bei der Herstellung von Eisenagglomeraten bewusst auf eine Zugabe von Kohlenstoff verzichtet.
  • Bei den bereitgestellten Feineisenerzen, welche eine Körnung zwischen 0,010 und 10 mm aufweisen, insbesondere zwischen 0,020 und 7 mm, vorzugsweise zwischen 0,050 und 4 mm, bevorzugt zwischen 0,070 und 2 mm, handelt es sich um Eisenoxid, das mit Gangart verunreinigt sein kann. Sie liegen in hämatitischer (Fe2O3), magnetitischer (Fe3O4), wüstitischer (FeO) Modifikation und/oder als Geothit (FeO(OH)) vor. Die Feineisenerze fallen beim Eisenerzabbau, beim Transport und/oder bei einer Eisenerzaufbereitung an, welche beispielsweise ihrer vorgesehenen Verwendung nicht ohne zusätzliche und damit kostenverbundene Maßnahmen wirtschaftlich zugeführt werden können.
  • Bei dem bereitgestellten Feinsinter, welcher eine Körnung zwischen 0,50 und 20 mm aufweist, insbesondere zwischen 0,70 und 15,0 mm, vorzugsweise zwischen 1,0 und 10,0 mm, bevorzugt zwischen 1,20 und 8,0 mm, weiter bevorzugt zwischen 1,40 und 5,0 mm, handelt es sich um das vorbeschriebene Rückgut. Durch die anderweitige Verwertung des klassischen "Rückguts" kann der Wirkungsgrad von Sinteranlagen gesteigert werden, da der im Kreis geführte Massenstrom reduziert bzw. gänzlich vermieden werden kann und so "frisches" Material zugeführt werden kann. Darüber hinaus werden im Sinterprozess somit Feingutkapazitäten frei und ermöglichen Zugaben anderer Feinanteile, wie zum Beispiel metallhaltige respektive eisenhaltige Stäube, insbesondere aus einem Direktreduktionsprozess oder Feinanteile von fertigen Eisenschwämmen.
  • Ein Bindemittel, welches optional bereitgestellt werden kann, kann zur Erhöhung der Festigkeit des Eisenagglomerats beitragen. Es können alle dem Fachmann geläufigen Bindemittel zur Anwendung kommen, welche dem genannten Zweck dienen. So kann beispielsweise ein Zement-Bindemittel zur Anwendung kommen, wenn beispielsweise ein Eisenagglomerat kalt agglomeriert werden soll. Dabei ermöglicht das Zement-Bindemittel vorzugsweise in Abhängigkeit seines Gehaltes, während der Roheisenerzeugung über den jeweiligen Zementanteil des Agglomerats die Schlackenführung, insbesondere deren Anteile an MgO, CaO, SiO2, Al2O3, zu variieren. So kann bevorzugt das Zement-Bindemittel Portlandzement oder Hüttenzement sein. Die optionale Zugabe kann beispielsweise zwischen 0,1 und 15 Gewichts-% bezogen auf den trockenen Zustand des Agglomerats betragen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das optionale Bindemittel zwischen 0,1 und 15 Gewichts-% bezogen auf den trockenen Zustand des Agglomerats Wasserglas, Tonerdzement, Calciumchlorid, ein Alkali-Salz, insbesondere ein Na-Salz, oder ein Cellulose-Klebstoff, wie Kleister, insbesondere Natriumcarboxymethylcellulose, umfassen oder enthalten.
  • Wasser kann zum Agglomerieren erforderlich sein und in dem Maße zugeführt werden, dass kein hoher Wassergehalt im Eisenagglomerat gespeichert wird, so dass dadurch am Einsatzort nicht unnötig Energie benötigt wird, um den Wassergehalt (wieder) auszutreiben. Das Eisenagglomerat kann somit nach seiner Formgebung "feucht" sein, wobei der Wassergehalt des Agglomerats weniger als 20 Gewichts-% bezogen auf den trockenen Zustand betragen soll.
  • Beispielsweise kann ein Eisenagglomerat bezogen auf den trockenen Zustand zwischen 10 und 90 Gewichts-% Feinsinter, zwischen 10 und 90 Gewichts-% Feineisenerz, optional bis zu 15 Gewichts-% Bindemittel und/oder bis zu 20 Gewichts-% Wasser umfassen oder enthalten.
  • Beispielsweise können vor dem Agglomerieren die Feineisenerze, der Feinsinter und optional das Bindemittel gemischt werden und als Mischung unter Zugabe von Wasser agglomeriert werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann eine an sich bekannte Pelletierungseinrichtung zum Agglomerieren verwendet werden. Damit lassen sich die Eisenagglomerate als Pellets herstellen. Ein Beispiel zur Umsetzung ist in der IN 202131008723 A beschrieben. Die Pellets können eine Größe zwischen 3 und 50 mm, insbesondere zwischen 4 und 40 mm, vorzugsweise zwischen 5 und 30 mm, bevorzugt zwischen 6 und 20 mm aufweisen.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann eine an sich bekannte Steinfertigungseinrichtung zum Agglomerieren verwendet werden. Damit lassen sich Eisenagglomerate als Steine mit einer zylindrischen, quaderförmigen oder vieleckigen, insbesondere sechseckigen, Grundfläche und Höhe herstellen. Eisenagglomerate der hier in Rede stehenden Art lassen sich auf an sich bekannten Steinfertigungseinrichtungen herstellen, wie sie beispielsweise für die Produktion von Pflastersteinen eingesetzt werden. Derartige Steinfertigungseinrichtungen ermöglichen eine besonders kostengünstige Herstellung und tragen mit dazu bei, dass die erfindungsgemäßen Eisenagglomerate zu einem besonders günstigen, die Wirtschaftlichkeit ihres Einsatzes weiter steigernden Preises, hergestellt werden können. Ein Beispiel zur Umsetzung ist in der DE 10 2004 027 193 A1 beschrieben. Die Grundfläche kann beispielsweise zwischen 100 und 100000 mm2 betragen. Die Höhe kann beispielsweise zwischen 30 und 250 mm betragen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann das Eisenagglomerat gebrannt werden, insbesondere wenn eine höhere Festigkeit des Eisenagglomerats angestrebt wird und/oder wenn eine Kaltabbindung ohne Zugabe von Bindemitteln nicht möglich ist. Ein Beispiel zur Umsetzung, insbesondere im Zusammenhang mit Pellets, ist in der IN 202131008723 A beschrieben. Dabei wird das im Eisenagglomerat enthaltene Wasser ausgetrieben, damit der Wassergehalt gesenkt wird, insbesondere auf Werte kleiner 1,0 Gewichts-% oder weniger.
  • Gemäß einer Ausgestaltung ist der Feinsinter vom Feineisenerz im Eisenagglomerat umschlossen. Dadurch, dass der Feinsinter eine poröse Oberfläche aufweist, kann sich das Feineisenerz beim Agglomerieren gut an der Oberfläche absetzen respektive mit dieser formschlüssig verbinden, so dass das Feineisenerz den Feinsinter im Wesentlichen komplett umschließt. Somit kann die harte umschlossene Struktur des Feinsinters nicht mehr abrasiv am Einsatzort einwirken, aber dennoch eine sehr gute Durchgasbarkeit bereitstellen. So kann die Körnung des Feineisenerzes beispielsweise um mindestens Faktor 5 kleiner sein als die Körnung des Feinsinters, insbesondere um mindestens Faktor 10, vorzugsweise um mindestens Faktor 15, bevorzugt um mindestens Faktor 20.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann der Direktreduktionsprozess in einem an sich bekannten Schachtofen erfolgen. Im Gegensatz zum Hochofen wird das Eisenagglomerat nicht im Schachtofen erschmolzen.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann der Direktreduktionsprozess in einem an sich bekannten Drehrohrofen/Drehrohrreaktor erfolgen.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann der Direktreduktionsprozess in einem an sich bekannten Wirbelbett erfolgen.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann ein Reduktionsgas mit einem Wasserstoffanteil von mindestens 50 Vol.-%, insbesondere mindestens 60 Vol.-%, vorzugsweise mindestens 70 Vol.-%, bevorzugt mindestens 80 Vol.-% zur Anwendung kommen. Wasserstoff mit einem hohen Anteil, insbesondere bis zu 100 %, kann zu einer CO2-reduzierten bis nahezu CO2-freien Erzeugung von reduziertem Eisenerz bzw. Eisenagglomeraten, auch Eisenschwamm genannt, führen.
  • Die in der Direktreduktion eingesetzten erfindungsgemäßen Eisenagglomerate werden mithin zu Eisenschwamm reduziert, welcher anschließend in einem elektrischen Einschmelzer unter optionaler Zugabe weiterer Feststoffe, wie zum Beispiel Schlackenbildner und/oder Kohlenstoff und/oder Schrott, zu Roheisen oder Rohstahl erschmolzen wird.
  • Alternativ können die in der Direktreduktion eingesetzten erfindungsgemäßen Eisenagglomerate zu Eisenschwamm reduziert werden, welcher anschließend in einem Sauerstoffblaskonverter unter optionaler Zugabe weiterer Feststoffe, wie zum Beispiel Schlackenbildner und/oder Kohlenstoff und/oder Schrott, zu Gusseisen oder Rohstahl erschmolzen werden.
  • Alternativ können die in der Direktreduktion eingesetzten erfindungsgemäßen Eisenagglomerate zu Eisenschwamm reduziert werden, welcher anschließend in einer Brikettierungsanlage entweder im kalten oder vorzugsweise im heißen Zustand brikettiert wird.
  • In einem Ausführungsbeispiel wurde in einer Sinteranlage ein (finaler) Sinter mit einer mittleren Körnung von 26,7 mm hergestellt. Nach Kühlung des heißen Sinters wurde Feinsinter mit einer Körnung gleich oder kleiner als 20 mm, insbesondere gleich oder kleiner als 10 mm ausgesiebt. Dieses klassische "Rückgut" wurde nicht vollständig wieder dem Sinterprozess zurückgeführt, sondern als Bestandteil zur Herstellung eines Eisenagglomerats zusammen mit Feineisenerzen, welche eine 0,010 und 10 mm aufweisen können, wobei die Körnung der Feineisenerze beispielsweise um mindestens Faktor 5 kleiner als die Körnung des Feinsinters sein kann, um unter Zugabe von optionalen Bindemitteln und Wasser ein Eisenagglomerat als Pellet oder als Stein herzustellen.
  • Somit kann in einer einfachen Ausführung ein Eisenagglomerat (1) als Pellet hergestellt werden, wobei Feinsinter (2) mit einer Körnung zwischen 2 und 6 mm und Feineisenerz (3) mit einer Körnung zwischen 0,2 und 0,6 mm gemischt werden, vgl. skizzenhafter Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Eisenagglomerat (1) in Figur 1 . Die Anteile lagen bei ca. 40 Gewichts-% Feinsinter und ca. 60 Gewichts-% Feineisenerz. Eine Zugabe eines Bindemittels war nicht erforderlich. Die Mischung wurde auf einem konventionellen Pelletierteller unter Zugabe von Wasser zu Pellets mit einer Größe von 18 mm agglomeriert. Anschließend wurden die Pellets bei ca. 1280 °C in einer oxidierenden Atmosphäre für ca. 1 h gebrannt. Durch das oben beschriebene Verhältnis von Feinsinter zu Feineisenerz kann beispielhaft auch die Brenndauer im Vergleich zum Brennen von Standard-Pellets gesenkt werden. Eine mikroskopische Untersuchung der Pellets ergab, dass das Feineisenerz den Feinsinter vollständig umschlossen hatte. Damit können sehr widerstandfähige Eisenagglomerate mit einer sehr guten und im Vergleich zu Standard-Eisenerzpellets verbesserten Durchgasbarkeit und auch Festigkeit für die Verwendung in Direktreduktionsanlagen bereitgestellt werden.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung von Eisenagglomeraten umfassend folgende Schritte:
    - Bereitstellen von Feineisenerz mit einer Körnung zwischen 0,010 und 10 mm;
    - Bereitstellen von Feinsinter mit einer Körnung zwischen 0,50 und 20 mm;
    - Bereitstellen von Bindemittel und/oder Wasser;
    dadurch gekennzeichnet, dass das Feineisenerz und der Feinsinter unter Zugabe von Bindemittel und/oder Wasser agglomeriert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum Agglomerieren eine Pelletierungseinrichtung verwendet wird.
  3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei zum Agglomerieren eine Steinfertigungseinrichtung verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das Eisenagglomerat gebrannt wird.
  5. Eisenagglomerat umfassend Feineisenerz und Feinsinter, dadurch gekennzeichnet, dass der Feinsinter mit einer Körnung zwischen 0,50 und 20 mm im Eisenagglomerat enthalten ist.
  6. Eisenagglomerat nach Anspruch 5, wobei das Eisenagglomerat ein Pellet ist.
  7. Eisenagglomerat nach Anspruch 5, wobei das Eisenagglomerat ein Stein ist mit einer zylindrischen, quaderförmigen oder vieleckigen Grundfläche und einer Höhe.
  8. Eisenagglomerat nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Feinsinter vom Feineisenerz umschlossen ist.
  9. Verwendung eines Eisenagglomerats nach einem der Ansprüche 5 bis 8, insbesondere hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in einem Direktreduktionsprozess.
  10. Verwendung nach Anspruch 9, wobei der Direktreduktionsprozess in einem Schachtofen, in einem Drehrohrofen oder in einem Wirbelbett erfolgt.
  11. Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, wobei ein Reduktionsgas mit einem Wasserstoffanteil von mindestens 50 Vol.-% zur Anwendung kommt.
  12. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 9 bis 11 zu einem Eisenschwamm reduzierten Eisenagglomerats zum Einsatz in einem elektrischen Einschmelzer, in einem Sauerstoffblaskonverter oder in einer Brikettierungsanlage.
  13. Verwendung in einem elektrischen Einschmelzer nach Anspruch 12 unter optionaler Zugabe von Schlackenbildner und/oder Kohlenstoff und/oder Schrott zum Erschmelzen von Roheisen oder Rohstahl.
  14. Verwendung in einem Sauerstoffblaskonverter nach Anspruch 12 unter optionaler Zugabe von Schlackenbildner und/oder Kohlenstoff und/oder Schrott zum Erschmelzen von Gusseisen oder Rohstahl.
  15. Verwendung in einer Brikettierungsanlage nach Anspruch 12 zum heißen Brikettieren.
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