DE102005031170B3

DE102005031170B3 - Metallurgische Vorrichtung

Info

Publication number: DE102005031170B3
Application number: DE200510031170
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Matschullat; Uwe STÜRMER; Robert Wagner
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2005-07-04
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-07-05
Also published as: WO2007003588A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion und zur Zerflüssigung von präparierten metallhaltigen Erzen sowie metallhaltiger Reststoffe, zusammenfassend als Gut 8 bezeichnet. Das Gut 8 wird dabei durch Schwerkraft und/oder durch ein elektro-magnetisches Wanderfeld durch einen Körper 11 bewegt, wobei es durch ein durch eine Spulenanordnung 2 erzeugtes Magnetfeld in schwebender Position gehalten wird. Durch die Spulenanordnung 2 wird außerdem ein Wirbelstromfeld erzeugt, um eine für due Reduktion bzw. für die Verflüssigung notwendige Temperatur im Inneren des Körpers 11 zu erzeugen. Da das Gut 8 im Körper 11 schwebt, besteht kein Kontakt zwischen Gut 8 und der Körperinnenwand (10), weshalb es nicht erforderlich ist, dass der Körper 11 hochfeuerfestes Material aufweist. Erfindungsgemäß wird eine metallurgische Vorrichtung 1 bereitgestellt, die mit geringeren Kosten hergestellt werden kann und die zuverlässiger und mit geringerer Prozesszeit arbeitet, als bei Anwendung herkömmlicher Technologien bekannt.

Description

Die Erfindung betrifft eine metallurgische Vorrichtung zur Reduktion eines Gutes und ein entsprechendes Verfahren.

Metallhaltige Erze und gegebenenfalls Hüttenreststoffe werden gegenwärtig über Komplexe und aufwendige Verfahren reduziert und aufgeschmolzen. Roheisen wird beispielsweise unter Verwendung von Sinteranlagen, Kokereien und Hochöfen hergestellt. Ein Verfahren und ein Ofen zur Reduktion von Metalloxiden ist beispielsweise aus der Patentschrift der schweizerischen Eidgenossenschaft Nr. 279 684 bekannt. Die europäische Patentschrift EP 1 109 943 B1 offenbart einen Induktionsofen zum Reduzieren und Einschmelzen von Metall. Die Reduktion und das Aufschmelzen von Gütern wie metallhaltigen Erzen erfordern hohe betriebliche Aufwendungen. So verursachen beispielsweise die Feuerfestigkeit der verwendeten Vorrichtungen, sowie die Qualitätssicherung äußerst hohe Kosten. Sowohl beim Reduktions- als auch beim Schmelzvorgang stellt eine effiziente Kühlung ein bedeutendes Problem dar. Das Sicherstellen der Feuerfestigkeit bei den verwendeten Vorrichtungen bedingt neben den hohen Kosten außerdem Nachteile im Hinblick auf Reinheitsgrad, Qualität und mitunter auch Wärmeverluste.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Reduktionsvorgang von Gütern in der Hüttenindustrie zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine metallurgische Vorrichtung mit einem Körper zur Reduktion eines Gutes, wobei der Körper derart ausgebildet ist, dass das Gut im Inneren des Körpers von mindestens einer Zuführungsvorrichtung zu mindestens einer Austragsvorrichtung bewegbar ist, und mit einer den Körper zumindest teilweise umgebenden Spulenanordnung, die zum in der Schwebe halten des Gutes und zu seiner gleichzeitigen Erhitzung ausgebildet ist.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Reduktion eines Gutes in einer metallurgischen Vorrichtung, wobei das Gut durch mindestens eine Zuführungsvorrichtung in den Körper der metallurgischen Vorrichtung gelangt, wobei ein mittels der Spulenanordnung erzeugtes Magnetfeld das Gut im wesentlichen auf einer Achse des Körpers hält, wobei ein mittels der Spulenanordnung erzeugtes Wirbelstromfeld das Gut erhitzt, wobei das Gut zu der mindestens eine Austragsvorrichtung bewegt wird.

Dadurch, dass das Gut nach Zuführung in den Körper der metallurgischen Vorrichtung durch das mittels der Spulenanordnung erzeugte elektro-magnetische Feld in einen Schwebezustand gebracht und in der Schwebe gehalten wird, ist das Gut nicht mit der Körperinnenwand in Kontakt. Daher ist es nicht notwendig, den Körper derart feuerfest wie bei bekannten Vorrichtungen auszubilden. Dies bedingt eine erhebliche Kostenersparnis. Auch die Qualität des am Ende des Reduktionsprozesses aus dem Gut gewonnenen reduzierten bzw. geschmolzenen Materials erhöht sich aufgrund des erfindungsgemäßen Effekts, dass eine Berührung des Gutes mit dem Körper vermieden wird.

Mit Vorteil ist der Körper der metallurgischen Vorrichtung im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet.

Mit Vorteil weist die metallurgische Vorrichtung eine Vorrichtung zur Verstellung des Neigungswinkels des Körpers auf.

Mit Vorteil ist die Vorrichtung zur Verstellung des Neigungswinkels des Körpers zwischen 0° und 90° ausgebildet.

Mit Vorteil ist die Spulenanordnung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wanderfeldes zur Bewegung des Gutes entlang der Achse des vorzugsweise zylinderförmigen Körpers ausgebildet.

Mit Vorteil weist die metallurgische Vorrichtung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Gasmassenstromes zur Bewegung des Gutes durch den Körper auf.

Mit Vorteil ist die Körperinnenwand hoch reflektierend beschichtet.

In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Gut im Körper während es zu einer ersten Auftragsvorrichtung für Feststoffe bewegt wird, reduziert.

Vorzugsweise wird das Gut, nach dem es die erste Austragsvorrichtung für Feststoffe passiert hat, geschmolzen.

Mit Vorteil wird das Gut unter Einwirkung eines mittels der Spulenanordnung erzeugten elektro-magnetischen Wanderfeldes im Wesentlichen längs der Achse des Körpers bewegt.

Mit Vorteil wird das Gut unter Einwirkung eines Gasmassenstromes im Wesentlichen längs der Achse des Körpers bewegt.

Es kann zweckmäßig sein, dass das Gut unter Einwirkung der Schwerkraft im Wesentlichen längs der Achse des Körpers bewegt wird.

Mit Vorteil wird das Gut durch Gichtgas vorgewärmt.

Vorzugsweise wird das Gut in Form von Pellets dem Körper der metallurgischen Vorrichtung zugeführt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Körpers der metallurgischen Vorrichtung,
2 eine schematische Darstellung des Temperaturverlaufs im Körper der metallurgischen Vorrichtung.
1 zeigt als wesentlichen Bestandteil der erfindungsgemäßen metallurgischen Vorrichtung 1 den Körper 11. Der Körper 11 besteht beispielsweise aus austenitischem Stahl und weist vorzugsweise eine doppelte Wandung mit einem Ringspalt 9 auf. Vorzugsweise ist der Körper 11 im Wesentlichen zylinderförmig als beispielsweise doppelkonzentrischer Körper 11 ausgebildet. Der Körper 11 kann im Ringspalt 9 beispielsweise mittels Wasser und/oder einer anderen Kühlflüssigkeit gekühlt werden. Der Körper 11 kann horizontal gestellt werden. Der Körper 11 kann auch in einem von der Horizontalen bis zu 90° abweichenden Winkel α gestellt werden.
Die metallurgische Vorrichtung 1 kann eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte Vorrichtung zur Verstellung des Neigungswinkels α des Körpers 11 aufweisen. Dabei kann der Neigungswinkel α des Körpers 11 vorzugsweise zwischen 0° und 90° verstellt werden.
Der im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildete Körper 11 weist eine Achse A auf, entlang derer sich das Gut 8 in Bewegungsrichtung x bewegt. Das Gut 8 gelangt über Zuführungsvorrichtungen 6, 7 in den Körper 11. Die Zuführungsvorrichtungen 6, 7 können beispielsweise als axiale Zuführungsvorrichtung 6 und/oder als radiale Zuführungsvorrichtung 7 ausgebildet sein. Der als Gut 8 einzusetzende Rohstoff, also beispielsweise Hüttenreststoffe und/oder Erze, bestehend aus Metalloxiden, elementaren Metallen, Gangart und/oder anderen Bestandteilen, wird vor Zuführung in den Körper 11 entsprechend präpariert. Dazu werden dem Gut 8 vor Zufuhr in den Körper 11 der nötige Reduktionsmittelanteil, z.B. Kohle und andere Bestandteile sowie vorzugsweise ein entsprechendes Bindemittel zugegeben. Vorzugsweise wird das Gut 8 bevor es dem Körper 11 zugeführt wird, mittels bekannter Formgebungsverfahren, wie z.B. Pelletieren in eine entsprechende Form gebracht und z.B. durch Trocknung auf die im Körper 11 erfolgende Reduktions- und gegebenenfalls auf die zusätzliche Schmelzbehandlung vorbereitet.
Der Körper 11 ist zumindest teilweise von einer Spulenanordnung 2 umgeben, wobei die Spulenanordnung 2 ein oder mehrere induktive Spulen in geeigneter Anordnung aufweist. Mit Hilfe der Spulenanordnung 2 wird ein Magnetfeld im Inneren des Körpers 11 erzeugt, mit Hilfe dessen das Gut 8 derart schwebend im Körper 11 gehalten wird, dass kein Kontakt zwischen der Körperinnenwand 10 und dem Gut 8 besteht. Mit Hilfe der Spulenanordnung 2 wird ein Wirbelstromfeld erzeugt, welches eine Erhöhung der Temperatur im zu reduzierenden Gut 8 bewirkt. Bei geneigter Stellung des Körpers 11 wird das Gut 8 durch die Schwerkraft bedingt, in Bewegungsrichtung x durch den Körper 11 bewegt. Die Bewegungsrichtung x ist parallel zur Achse A des Körpers 11. Mit Hilfe des durch die Spulenanordnung 2 erzeugten elektromagnetischen Feld, kann regelnd, insbesondere durch eine Bremswirkung des elektro-magnetischen Felds, die Bewegung des Gutes 8 im Körper 11 beeinflusst werden.
Mit Vorteil weist die Körperinnenwand 10 eine hoch reflektierende Beschichtung auf, mit Hilfe derer Wärmeverluste verringert werden. Mit Vorteil ist der Reflektionsgrad der Beschichtung der Körperinnenwand 10 größer 90 %, vorzugsweise größer 99 %.
Nach Zuführung des Gutes 8 in den Körper 11 wird es durch das elektro-magnetische Feld, das mit Hilfe der Spulenanordnung 2 erzeugt wird, in weitestgehend zentraler Lage, d.h., nahe der Achse A des Körpers 11 zur Schwebe gebracht und in Schwebe gehalten. Während sich das Gut 8 im Körper 11 nahe der Achse A in Bewegungsrichtung x zu einer ersten Austragsvorrichtung 5 für Feststoffe bewegt, wird dem Inneren des Körpers 11 die notwendige Energie zugeführt, um die Reduktion des Gutes 8 mit dem eingebetteten Reduktionsmittel stattfinden zu lassen.
Die Bewegung, d.h. die Förderung des Gutes 8, kann beispielsweise durch ein magnetisches Wanderfeld erfolgen, das beispielsweise mit Hilfe der Spulenanordnung 2 erzeugt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Förderung des Gutes 8 im Wesentlichen längs der Achse A schwerkraftbedingt erfolgen, wenn sich der Körper 11 nicht in horizontaler Position befindet, d.h. also wenn der Winkel α von 0° verschieden ist. Der Winkel α wird auch als Neigungswinkel α bezeichnet. Die Förderung des Gutes 8 kann auch durch einen Gasmassenstrom, vorzugsweise bestehend aus resultierendem Reduktionsgas mit sonstigen Gaszusätzen, erfolgen. Es ist eine beliebige Kombination der vorgenannten sowie gegebenenfalls weiterer Fördermöglichkeiten möglich.
Das reduzierte Gut 8 kann wahlweise bei unterschiedlichen Metallisierungsgraden durch vorzugsweise radial angeordnete Austragsvorrichtungen 4, 5 ausgetragen werden. Nach dem das Gut 8 die erste Austragsvorrichtung 5 passiert hat, kann es gegebenenfalls im Körper 11 weiter aufgeheizt und aufgeschmolzen werden, bis hin zur Phasentrennung zwischen Metall und Gangart, d.h. Schlacke. Metall und Gangart können durch stoffbedingte Unterschiede, wie beispielsweise der Dichte-Unterschied zwischen flüssigem Metall und Schlacke, innerhalb des Körpers 11 getrennt werden. Es ist auch ein gemeinsamer Austrag von Metall und Schlacke, d.h. Gangart, möglich. An der radial angeordneten Austragsvorrichtung 4 erfolgt ein flüssiger Austrag von flüssigem Metall oder von flüssigem Metall und Schlacke zu nachgeschalteten, nicht näher dargestellten Aggregaten der metallurgischen Vorrichtung 1. Grundsätzlich ist auch ein zumindest teilweise fester Austrag an der Austragsvorrichtung 4 möglich. Ein Austrag von Schlacke kann an der Austragsvorrichtung 3 erfolgen, die vorzugsweise axial angeordnet ist.
Bei dem im Körper 11 stattfindenden Reduktionsprozess anfallendes Gichtgas G, kann zur Vorwärmung des Gutes 8 oder aber auch bei anderen vorzugsweise metallurgischen Prozessen mit Energieeinsatz genutzt werden. Gichtgas G, welches insbesondere besteht aus einem oder mehreren der Stoffe CO, CO₂, N₂, H₂ bzw. H₂O kann durch die Zuführungsvorrichtungen 6, 7 entweichen.
2 zeigt schematisch die Entwicklung der Temperatur T im Inneren des Körpers 11 entlang des Ortes in Bewegungsrichtung x. Dabei ist in 2 sowohl der Verlauf der mittleren Tempe ratur T₂ des Gutes 8 als auch der Verlauf der Gastemperatur T₁ dargestellt. Der gezeigte Verlauf der Gastemperatur T₁ bezieht sich vorzugsweise auf den Verlauf der Temperatur des Gichtgases. Das Prinzip des im Körper 11 ablaufenden Vorgangs, der das Erwärmen des Gutes 8 umfasst, ist vergleichbar mit dem Vorgang in einem Gegenstrom-Wärmetauscher. Während sich das Gut 8 im Körper 11 bewegt, findet bis zu einem ersten Austragungsort x₁ (siehe auch 1) eine Reduktion des Gutes 8 statt. Zwischen dem ersten Austragungsort x₁ und einem weiteren Austragungsort x₂ (vergleiche auch hierzu 1) findet ein Schmelzen und ein Auftrennen der Phasen des Gutes 8 statt. Auf der Aufheizkurve des Gutes 8, also der Kurve, die den Verlauf der mittleren Temperatur T₂ des Gutes 8 beschreibt, sind die Schmelztemperatur T_M und die Überhitzungstemperatur T_T angedeutet.
Der wesentliche der Erfindung zugrunde liegende Gedanke lässt sich wie folgt zusammenfassen:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion und zur Verflüssigung von präparierten metallhaltigen Erzen sowie metallhaltiger Reststoffe, zusammenfassend als Gut 8 bezeichnet. Das Gut 8 wird dabei durch Schwerkraft und/oder durch ein elektro-magnetisches Wanderfeld durch den Körper 11 bewegt, wobei es durch ein durch eine Spulenanordnung 2 erzeugtes Magnetfeld in schwebender Position gehalten wird. Durch die Spulenanordnung 2 wird außerdem ein Wirbelstromfeld erzeugt, um eine für die Reduktion bzw. für die Verflüssigung notwendige Temperatur im Inneren des Körpers 11 zu erzeugen. Da das Gut 8 im Körper 11 schwebt, besteht kein Kontakt zwischen Gut 8 und der Körperinnenwand 10, weshalb es nicht erforderlich ist, dass der Körper 11 hochfeuerfestes Material aufweist. Erfindungsgemäß wird eine metallurgische Vorrichtung 1 bereitgestellt, die mit geringeren Kosten hergestellt werden kann und die zuverlässiger und mit geringerer Prozesszeit arbeitet, als bei Anwendung herkömmlicher Technologien bekannt.

Claims

Metallurgische Vorrichtung (1) mit einem Körper (11) zur Reduktion eines Gutes (8), wobei der Körper (11) derart ausgebildet ist, dass das Gut von mindestens einer Zuführungsvorrichtung (6, 7) zu mindestens einer Austragsvorrichtung (3, 4, 5) bewegbar ist, und mit einer den Körper (11) zumindest teilweise umgebenden Spulenanordnung (2), die zum in der Schwebe Halten des Gutes (8) und zur gleichzeitigen Erhitzung des Gutes (8) ausgebildet ist.
Metallurgische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, deren Körper (11) im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist.
Metallurgische Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Vorrichtung zur Verstellung des Neigungswinkel (α) des Körpers (11).
Metallurgische Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, mit einer Vorrichtung zur Verstellung des Neigungswinkels (α) des Körpers (11), welche zur Verstellung des Neigungswinkels (α) zwischen 0° und 90° ausgebildet ist.
Metallurgische Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Spulenanordnung (2) zur Erzeugung eines elektro-magnetischen Wanderfeldes zur Bewegung des Gutes (8) durch den Körper (11) ausgebildet ist.
Metallurgische Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Gasmassenstroms zur Bewegung des Gutes (8) durch den Körper (11).
Metallurgische Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Körper (11) eine Körperinnenwand (10) aufweist, die hoch reflektierend beschichtet ist.
Verfahren zur Reduktion eines Gutes (8) in einer metallurgischen Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gut (8) durch mindestens eine Zuführungsvorrichtung (6, 7), in den Körper (11) gelangt, wobei ein mittels der Spulenanordnung (2) erzeugtes Magnetfeld das Gut (8) im wesentlichen auf einer Achse (A) des Körpers (11) hält, wobei ein mittels der Spulenanordnung (2) erzeugtes Wirbelstromfeld das Gut (8) erhitzt, wobei das Gut (8) zu mindestens einer Austragsvorrichtung (3, 4, 5) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Gut (8), während es zu einer ersten Austragsvorrichtung (5) für Feststoffe bewegt wird, reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Gut (8), nachdem es die erste Austragsvorrichtung (5) für Feststoffe passiert hat, geschmolzen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gut (8) unter Einwirkung eines mittels der Spulenanordnung (2) erzeugten elektro-magnetischen Wanderfeldes im Wesentlichen längs der Achse (A) des Körpers (11) bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gut (8) unter Einwirkung eines Gasmassenstromes im Wesentlichen längs der Achse (A) des Körpers (11) bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gut (8) unter Einwirkung der Schwerkraft im Wesentlichen längs der Achse (A) des Körpers (11) bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gut (8) durch Gichtgas (G) vorgewärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gut (8) in Form von Pellets zugeführt wird.