DE112004001991T5

DE112004001991T5 - Direktschmelzanlage und -verfahren

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Publication number: DE112004001991T5
Application number: DE112004001991T
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Orth; David John Leigh; Peter Damian Burke
Original assignee: Technological Resources Pty Ltd; Outokumpu Oyj; Outokumpu Technology Oyj
Current assignee: Technological Resources Pty Ltd; Metso Corp
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2004-10-16
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2024-10-17
Also published as: CA2541893C; EA008032B1; BRPI0415680A; JP4516081B2; CN100549186C; US7700035B2; EA200600803A1; JP2007509238A; WO2005040433A3; WO2005040433A2; US20070272058A1; ZA200603111B; CN1871364A; CA2541893A1; NZ546448A; DE112004001991B4; UA88283C2; BRPI0415680B1

Abstract

Eine Direktschmelzanlage zum Herstellen von geschmolzenem Metall, wie geschmolzenem Eisen, aus metallhaltigem Beschickungsmaterial, wie Eisenfeinerz, mit:
(a) einer Vorbehandlungseinheit (3) zum Vorbehandeln von metallhaltigem Beschickungsmaterial und zum Erzeugen eines vorbehandelten Beschickungsmaterials mit einer Temperatur von wenigstens 200°C;
(b) einem Direktschmelzbehälter (5) zum Schmelzen von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial zu geschmolzenem Metall, wobei der Behälter (5) so ausgestaltet ist, dass er ein Schmelzbad aus Metall und Schlacke aufnehmen kann, wobei der Behälter (5) ein Feststoffzufuhrmittel (27) zur Aufnahme und anschließendem Zuführen von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial mit einem Druck über Atmosphärendruck und einer Temperatur von wenigstens 200°C in den Behälter (5) aufweist;
(c) einer Transportvorrichtung (7) für heißes Beschickungsmaterial zum Transferieren von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial von der Vorbehandlungseinheit (3) zu dem Feststoffzufuhrmittel (27) des Direktschmelzbehälters (5), wobei die Transportvorrichtung (7) aufweist:
(i) ein Lagermittel (61) für heißes Beschickungsmaterial zum Lagern von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial bei wenigstens 200°C und einem...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Direktschmelzanlage und ein Direktschmelzverfahren zum Herstellen von geschmolzenem Metall aus einem metallhaltigen Beschickungsmaterial, wie Erzen, teilweise reduzierten Erzen und metallhaltigen Abfallströmen.
Der Begriff "Schmelzen" wird hier als thermisches Bearbeiten verstanden, wobei chemische Reaktionen erfolgen, die metallhaltiges Beschickungsmaterial reduzieren, um geschmolzenes Metall zu erzeugen.
In allgemeinen Begriffen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Direktschmelzanlage mit einem Direktschmelzbehälter zum Schmelzen von metallhaltigem Beschickungsmaterial zu Metall, einer Vorbehandlungseinheit zum Vorbehandeln von metallhaltigem Beschickungsmaterial und zum Erzeugen eines vorbehandelten metallhaltigen Beschickungsmaterials mit einer Temperatur von wenigstens 200°C zum Schmelzen in dem Behälter, und einer Transportvorrichtung für metallhaltiges Beschickungsmaterial zum Lagern von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial mit einer Temperatur von wenigstens 200°C und Transportieren von heißem vorbehandelten metallhaltigem Beschickungsmaterial, d.h. Beschickungsmaterial mit einer Temperatur von wenigstens 200°C, unter Druck zu Feststofffördermitteln des Direktschmelzbehälters.
In allgemeinen Begriffen bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf ein Direktschmelzverfahren zum Erzeugen von geschmolzenem Metall aus einem metallhaltigen Beschickungsmaterial in einer solchen Direktschmelzanlage.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere, jedoch keineswegs ausschließlich auf metallhaltiges Beschickungsmaterial in Form von eisenhaltigem Beschickungsmaterial, wie Eisenfeinerz.
Ein bekanntes Direktschmelzverfahren zum Erzeugen von geschmolzenem Metall, das vorwiegend auf einem Schmelzbad als Reaktionsmedium beruht und allgemein als das Hlsmelt-Verfahren bezeichnet wird, ist in der internationalen Anmeldung PCT/AU96/00197 (WO 96/31627) und anderen Patentanmeldungen, wie der jüngst eingereichten provisorischen australischen Anmeldung 2003901693 (die sich auf das Erzeugen von geschmolzenem Eisen aus Eisenfeinerz konzentriert) im Namen der Technological Resources Pty. Limited beschrieben.
Das Hlsmelt-Verfahren umfasst die Schritte:

(a) Ausbilden eines Bades aus geschmolzenem Metall und Schlacke in einem Direktschmelzbehälter;
(b) Einspeisen in das Bad:
(i) ein metallhaltiges Beschickungsmaterial, typischerweise Metalloxide; und
(ii) ein festes kohlenstoffhaltiges Material, typischerweise Kohle, das als Reduktionsmittel des metallhaltigen Beschickungsmaterials und als Energiequelle dient; und
(c) Schmelzen des metallhaltigen Beschickungsmaterials zu Metall in dem Bad.

Bei dem Hlsmelt-Verfahren werden metallhaltiges Beschickungsmaterial und festes kohlenstoffhaltiges Material durch Feststofffördermittel in Form von Lanzen, die zur Vertikalen geneigt sind, so dass sie sich durch die Seitenwand des Direktschmelzbehälters nach unten und innen und in einen unteren Bereich des Behälters erstrecken, um wenigstens einen Teil des Feststoffmaterials in die Metallschicht am Boden des Behälters zu fördern, in das Schmelzbad eingespeist.
Das Hlsmelt-Verfahren ermöglicht die Erzeugung von großen Mengen an geschmolzenem Metall durch direktes Schmelzen in einem einzelnen kompakten Behälter.
Das Hlsmelt-Verfahren ist insbesondere beim Schmelzen von eisenhaltigem Beschickungsmaterial in Form von Eisenfeinerz anwendbar.
Eine mögliche Art der Anlagengestaltung zum Betreiben des Hlsmelt-Verfahrens und anderer Direktschmelzverfahren auf Schmelzbadbasis umfasst eine Vorbehandlungseinheit zum Vorbehandeln von metallhaltigem Beschickungsmaterial vor der Zufuhr des Materials zu einem Direktschmelzbehälter. Die Vorbehandlung kann auf das Vorheizen von metallhaltigem Beschickungsmaterial begrenzt sein. Die Vorbehandlung kann das wenigstens teilweise Reduzieren von Beschickungsmaterial in einem festen Zustand umfassen. Als weiteres Beispiel kann die Vorbehandlung das Rösten von Beschickungsmaterial umfassen.
Die vorliegende Erfindung schafft eine wirksame und zuverlässige Anlage, die metallhaltiges Beschickungsmaterial vorbehandeln und ein vorbehandeltes Beschickungsmaterial bei einer Temperatur von wenigstens 200°C erzeugen und heißes vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial während einer Direktschmelzkampagne zu Feststofffördermitteln eines Direktschmelzbehälters transportieren kann.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In allgemeinen Worten sieht die vorliegende Erfindung eine Direktschmelzanlage zum Erzeugen von Metallschmelze, beispielsweise geschmolzenem Eisen, aus metallhaltigem Beschickungsmaterial, wie Eisenfeinerz, vor, die folgende Elemente umfasst:

(a) eine Vorbehandlungseinheit zum Vorbehandeln von metallhaltigem Beschickungsmaterial und zum Erzeugen eines vorbehandelten Beschickungsmaterials mit einer Temperatur von wenigstens 200°C;
(b) einen Direktschmelzbehälter zum Schmelzen von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial zu geschmolzenem Metall, wobei der Behälter so ausgestaltet ist, dass er ein Schmelzbad aus Metall und Schlacke aufnimmt, wobei der Behälter ein Feststoffzufuhrmittel zur Aufnahme und anschließendem Zuführen von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial mit einem Druck über Atmosphärendruck und einer Temperatur von wenigstens 200°C in den Behälter aufweist;
(c) eine Transportvorrichtung für heißes Beschickungsmaterial zum Transferieren von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial von der Vorbehandlungseinheit zu dem Feststoffzufuhrmittel des Direktschmelzbehälters, wobei die Transportvorrichtung aufweist:
(i) ein Lagermittel für heißes Beschickungsmaterial zum Speichern von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial bei we nigstens 200°C und einem Druck oberhalb des Atmosphärendrucks;
(ii) eine Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial zum Transferieren von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial bei wenigstens 200°C unter Druck zu dem Feststoffzufuhrmittel des Direktschmelzbehälters;
(iii) einem Druckaufbringungsmittel für die Zufuhr von Gas mit einem Druck oberhalb des Atmosphärendrucks zu dem Lagermittel für heißes Beschickungsmaterial zum Unterdrucksetzen des Lagermittels und zu der Transportleitung für das heiße Beschickungsmaterial, um die Transportleitung unter Druck zu setzen und als Trägergas zum Transportieren von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial entlang der Transportleitung zu dem Feststoffzufuhrmittel zu dienen.

Vorzugsweise wird die Vorbehandlungseinheit aus einer Gruppe ausgewählt, die einen Vorheizer, einen Vorreduzierer und einen Röster umfasst. Bei der Verwendung heizen der Vorreduzierer und der Röster metallhaltiges Beschickungsmaterial als Teil einer Standardoperation zur Ausführung ihrer Primärfunktionen des Vorreduzierens und Röstens von metallhaltigem Beschickungsmaterial.
Vorzugsweise umfasst die Anlage außerdem Transportmittel für heißes Beschickungsmaterial zum Transportieren von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial von der Vorbehandlungseinheit zu der Transportvorrichtung für heißes Beschickungsmaterial.
Vorzugsweise weist das Transportmittel für heißes Beschickungsmaterial einen Trogbandförderer auf.
Vorzugsweise ist das metallhaltige Beschickungsmaterial ein eisenhaltiges Beschickungsmaterial, und das Schmelzbad enthält geschmolzenes Eisen. Das eisenhaltige Beschickungsmaterial kann Eisen mit einem Reduktionsgrad zwischen 0 und 100%, vorzugsweise Eisen mit einem Reduktionsgrad zwischen 8 und 95% aufweisen und weitere Komponenten, beispielsweise Kohlenstoff oder dergleichen enthalten.
Vorzugsweise liegt das eisenhaltige Beschickungsmaterial in Form von Eisenfeinerz vor.
Im Allgemeinen liegt die Obergröße der Eisenfeinerzteile im Bereich zwischen 6 und 8 mm. Vorzugsweise hat wenigstens 30% des Eisenfeinerzes eine Partikelgröße von weniger als 0,5 mm, wobei der d_50 Durchmesser zwischen 0,8 und 1,0 mm bei einer breiten Partikelgrößenverteilung liegt. Damit haben beispielsweise 95% der Partikel eine Partikelgröße von weniger als 6,3 mm.
Vorzugsweise beträgt der Druck in dem Lagermittel für heißes Beschickungsmaterial wenigstens 3 bar absolut, stärker bevorzugt wenigstens 4 bar absolut.
Vorzugsweise beträgt der Druck in der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial im Bereich einer Stelle, an welcher das vorbehandelte metallhaltige Beschickungsmaterial von den Lagermitteln für heißes Beschickungsmaterial in die Transportleitung eingeführt wird, wenigstens 3 bar absolut, stärker bevorzugt wenigstens 4 bar absolut.
Vorzugsweise ist das Feststofffördermittel ein Feststoffeinspeisungsmittel zum Einspeisen von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial unter Druck in den Direktschmelzbehälter.
Vorzugsweise ist das Feststofffördermittel ein Feststoffeinspeisungsmittel zum Einspeisen oder Injizieren von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial in das Schmelzbad.
Vorzugsweise ist das Feststoffeinspeisungsmittel eine Lanze.
Vorzugsweise umfasst die Transportvorrichtung für heißes Beschickungsmaterial ein Mittel zum Steuern des Durchflusses von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial aus dem Lagermittel für heißes Beschickungsmaterial in die Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial.
Vorzugsweise ist das Lagerdurchflusssteuermittel ein Mittel für die Zufuhr einer festgelegten Massendurchflussrate vorbehandelten metallhaltigen Beschickungsmaterials zu der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial.
Vorzugsweise ist das Lagerdurchflusssteuermittel eine Förderschnecke mit einem Einlass für vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial, einem Gaseinlass und einem Auslass für vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial, das mit der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial verbunden ist.
Vorzugsweise umfasst das Lagermittel für heißes Beschickungsmaterial (a) einen oberen Schleusentrichter oder Bunker mit einem Einlass für vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial, einem Gaseinlass zum Unterdrucksetzen des Schleusenbunkers und einem Auslass für vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial, (b) einen unteren Schleusentrichter oder Bunker mit einem Einlass für vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial, einem Gaseinlass zum Unterdrucksetzen des Schleusenbunkers und einem Auslass für vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial und (c) eine Leitung, die den Auslass des oberen Schleusenbunkers und den Einlass des unteren Schleusenbunkers miteinander verbindet.
Vorzugsweise umfasst das Lagermittel für heißes Beschickungsmaterial außerdem eine Leitung, die den Auslass des unteren Schleusenbunkers und den Beschickungsmaterialeinlass der Förderschnecke verbindet.
Vorzugsweise umfasst die Transportvorrichtung für heißes Beschickungsmaterial außerdem ein Mittel zur Steuerung des Durchflusses von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial entlang der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial von dem Lagermittel für heißes Beschickungsmaterial zu dem Feststofffördermittel.
Vorzugsweise ist das Transportleitungsdurchflusssteuermittel betätigbar, um den Durchfluss von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial entlang der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial auf eine Geschwindigkeit zu steuern, die das vorbehandelte metallhaltige Beschickungsmaterial in Suspension in dem Trägergas in der Transportleitung hält.
Vorzugsweise steuert das Transportleitungsdurchflusssteuermittel den Durchfluss des Trägergases in die Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial, um den Durchfluss von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial entlang der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial zu steuern.
Wenn das metallhaltige Beschickungsmaterial Eisenfeinerz mit einer Obergröße im Bereich von 6 bis 8 mm und vorbehandelt ist und dadurch eine Temperatur von bis zu 680°C erreicht, und das Trägergas wenigstens im Wesentlichen N₂ ist und der Transportleitung bei Umgebungstemperatur zugeführt wird, liegt die Geschwindigkeit des Trägergases, welches das vorbehandelte metallhaltige Beschickungsmaterial in der Transportleitung fördert, vorzugsweise bei wenigstens 19 m/s.
Vorzugsweise ist das Durchflusssteuermittel betätigbar, um den Durchfluss von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial entlang der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial zu steuern, um vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial dem Feststofffördermittel zuzuführen, so dass das Feststofffördermittel das Trägergas und vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial mit einer festgelegten Geschwindigkeit in den Direktschmelzbehälter transportieren kann.
Vorzugsweise liegt die vorbestimmte Geschwindigkeit des Trägergases im Bereich von 70 bis 120 m/s.
Stärker bevorzugt beträgt die vorbestimmte Geschwindigkeit des Trägergases 112 m/s.
Vorzugsweise gibt es einen Druckverlust von 1 bar über das Feststofffördermittel.
Vorzugsweise umfasst das Trägergas wenigstens im Wesentlichen ein Inertgas.
Vorzugsweise ist das Inertgas N₂.
Vorzugsweise umfasst die Transportvorrichtung für heißes Beschickungsmaterial ein Mittel zum Rückführen des vorbehandelten metallhaltigen Beschickungsmaterials zu der Vorbehandlungseinheit.
Vorzugsweise ist das Mittel zum Rückführen des heißen metallhaltigen Beschickungsmaterials zu der Vorbehandlungseinheit so ausgestaltet, dass es arbeitet, während der Direktschmelzbehälter im Stand-by-Betrieb arbeitet und kein vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial erfordert.
Vorzugsweise umfasst das Mittel zum Rückführen heißen metallhaltigen Beschickungsmaterials zu der Vorbehandlungseinheit (a) eine Rückführtransportleitung, die die Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial und die Vorbehandlungseinheit verbindet, und (b) Ventile in den Leitungen, die wahlweise betätigbar sind, um das Rückführen von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial, das entlang der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial fließt, zu der Vorbehandlungseinheit über die Rückführtransportleitung erlaubt.
Vorzugsweise umfasst die Transportvorrichtung für heißes Beschickungsmaterial ein Mittel zum Deblockieren der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial ohne das Erfordernis einer manuellen Intervention an der Leitung oder des Abstellens des Betriebs des Direktschmelzkessels.
Vorzugsweise umfasst das Mittel zum Deblockieren der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial eine Vielzahl von Mitteln zur wahlweisen Unterdrucksetzung der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial an einer Reihe von Stellen entlang der Länge der Leitung, so dass die Leitung stromaufwärts und/oder stromabwärts einer Blockade in der Leitung wahlweise unter Druck gesetzt und drucklos gemacht werden kann.
Vorzugsweise umfasst das Mittel zum Deblockieren der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial eine Vielzahl von Ausströmleitungen zum Abführen von Material, das sich von einer Blockade in der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial gelöst hat, an einer Reihe von Stellen entlang der Länge der Leitung.
Vorzugsweise ist die Rückführtransportleitung eine solche Ausströmleitung.
Vorzugsweise umfasst das Mittel zum Deblockieren der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial eine Vielzahl von Detektoren zur Erfassung der Stelle einer Blockade in der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial.
Vorzugsweise ist der Direktschmelzbehälter ein fixierter Schmelzbehälter zum Halten eines Schmelzbades aus Metall und Schlacke und einem Gasraum oberhalb des Bades, und die Feststoffzufuhrmittel umfassen zwei oder mehr Paare von Feststoffeinspeisungslanzen, die um den Behälter angeordnet sind und sich in diesen erstrecken, wobei die Lanzen jedes Lanzenpaares einander diametral gegenüberliegen, wobei wenigstens ein Lanzenpaar vorgesehen ist, um vorgeheiztes metallhaltiges Beschickungsmaterial einzuspeisen und wenigstens eines der anderen Lanzenpaare vorgesehen ist, um festes kohlenstoffhaltiges Material einzuspeisen, und wobei die Lanzenpaare so um den Behälter angeordnet sind, dass benachbarte Lanzen Lanzen sind, die zum Einspeisen unterschiedlicher Materialien vorgesehen sind.
Vorzugsweise umfasst der Direktschmelzbehälter ein Gasinjektionsmittel, das sich nach unten in den Behälter erstreckt, um ein sauerstoffhaltiges Gas in den Gasraum und/oder das Bad in dem Behälter einzuspeisen.
Vorzugsweise umfasst der Direktschmelzbehälter ein Gasförderleitungsmittel, das sich von einer Gaszufuhrstelle weg von dem Behälter zu einer Förderstelle oberhalb des Behälters erstreckt, um das sauerstoffhaltige Gas in das Gasinjektionsmittel zu fördern.
Vorzugsweise umfasst der Direktschmelzbehälter ein Abgasleitungsmittel zur Erleichterung der Abgasströmung aus dem Kessel weg von dem Kessel.
Vorzugsweise umfasst der Direktschmelzbehälter ein Metallabstichmittel zum Abstechen von Metallschmelze aus dem Bad und Transportieren der Metallschmelze weg von dem Behälter.
Vorzugsweise umfasst der Direktschmelzbehälter ein Schlackeabstichmittel zum Abstechen von Schlacke aus dem Bad und Transportieren der Schlacke weg von dem Behälter.
Vorzugsweise sind die Feststoffeinspeisungslanzen so angeordnet, dass sie sich nach unten und durch Öffnungen in einer Seitenwand des Behälters in den Behälter hinein erstrecken.
Vorzugsweise sind die Lanzenöffnungen in der Seitenwand des Behälters auf der gleichen Höhe des Behälters angeordnet und weisen voneinander gleiche Abstände um den Umfang des Behälters auf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein Direktschmelzverfahren zum Erzeugen von Metallschmelze aus metallhaltigem Beschickungsmaterial, wie Eisenfeinerz, vorgeschlagen, das folgende Schritte umfasst:

(a) Vorbehandeln von metallhaltigem Beschickungsmaterial in einer Vorbehandlungseinheit und Erzeugen von vorbehandeltem Beschickungsmaterial mit einer Temperatur von wenigstens 200°C;
(b) Lagern von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial mit einer Temperatur von wenigstens 200°C unter Druck in einem Lagermittel für heißes Beschickungsmaterial;
(c) Transportieren von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial mit einer Temperatur von wenigstens 200°C unter Druck in einer Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial zu einem Feststofffördermittel eines Direktschmelzbehälters;
(d) Fördern von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial in den Direktschmelzbehälter und Schmelzen des metallhaltigen Beschickungsmaterials zu Metallschmelze in dem Behälter.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren das Rückführen von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial zu einer Vorbehandlungseinheit, während der Direktschmelzbehälter im Stand-by-Betrieb ist und kein vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial erfordert.
Zur Reaktion auf eine Blockade, die in der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial auftritt, umfasst das Verfahren vorzugsweise das Deblockieren der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial ohne das Erfordernis einer manuellen Intervention an der Leitung oder des Abschaltens des Direktschmelzbehälters durch wahlweises Drucklosmachen der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial stromaufwärts und/oder stromabwärts einer Blockade in der Leitung.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren das Deblockieren der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial durch wahlweises Unterdrucksetzen der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial stromaufwärts oder stromabwärts einer Blockade in der Leitung und anschließendes Drucklosmachen der Leitung an der der unter Druck gesetzten Seite gegenüberliegenden Seite der Leitung.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren das plötzliche Drucklosmachen der Leitung.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Wiederholung der obigen Sequenz des Unterdrucksetzens und Drucklosmachen der Leitung an gegenüberliegenden Seiten der Blockade.
Insbesondere wenn das metallhaltige Beschickungsmaterial ein eisenhaltiges Material ist, umfasst vorzugsweise Schritt (a) das Vorbehandeln von Beschickungsmaterial durch Vorheizen des Beschickungsmaterials auf eine Temperatur von wenigstens 400°C und stärker bevorzugt auf wenigstens 600°C.
Vorzugsweise beträgt die Temperatur wenigstens 660°C.
Stärker bevorzugt liegt die Temperatur im Bereich von 670°C bis 690°C.
Vorzugsweise umfasst Schritt (b) das Lagern von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial unter Druck in dem Lagermittel für heißes Beschickungsmaterial durch Zufuhr eines Druckgases zu dem Lagermittel für heißes Beschickungsmaterial.
Vorzugsweise umfasst das Druckgas wenigstens im Wesentlichen ein Inertgas.
Vorzugsweise umfasst Schritt (c) das Transportieren von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial unter Druck in die Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial durch Zufuhr eines Trägergases zu der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial zum Transportieren von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial entlang der Leitung.
Vorzugsweise umfasst das Trägergas wenigstens im Wesentlichen ein Inertgas.
Vorzugsweise wird das Trägergas der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial bei Umgebungstemperatur zugeführt.
Vorzugsweise umfasst Schritt (c) das Steuern des Durchflusses von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial entlang der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial auf eine Geschwindigkeit, welche das heiße metallhaltige Beschickungsmaterial in dem Trägergas in der Transportleitung in Suspension hält.
Vorzugsweise umfasst Schritt (c) das Steuern des Durchflusses des Trägergases entlang der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial, um den Durchfluss von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial entlang der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial zu steuern.
Wenn das metallhaltige Beschickungsmaterial Eisenfeinerz ist, das eine maximale Größe im Bereich von 6 bis 8 mm aufweist und vorbehandelt wurde, indem es auf eine Temperatur von 680°C vorgeheizt wurde, und wenn das Trägergas wenigstens im Wesentlichen N₂ ist und der Transportleitung bei Umgebungstemperatur zugeführt wird, beträgt die Geschwindigkeit des Trägergases in der Transportleitung vorzugsweise wenigstens 19 m/s.
Vorzugsweise umfasst Schritt (d) das Fördern von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial in den Direktschmelzbehälter bei einem Druck oberhalb des Atmosphärendrucks.
Vorzugsweise umfasst Schritt (d) das Fördern von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial in den Direktschmelzbehälter bei einer Temperatur oberhalb von 200°C, stärker bevorzugt oberhalb von 400°C und noch stärker bevorzugt oberhalb von 600°C.
Vorzugsweise sind die Feststofffördermittel Feststoffeinspeisungslanzen und Schritt (d) umfasst das Fördern von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial in den Direktschmelzbehälter durch Einspeisen von vorbehan deltem metallhaltigem Beschickungsmaterial über die Feststoffeinspeisungslanzen mit einer Trägergasgeschwindigkeit im Bereich von 70 bis 120 m/s.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 ein Flussdiagramm ist, das vereinfacht die Hauptkomponenten einer Direktschmelzanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 die Positionen der Hauptkomponenten, nämlich die Vorbehandlungseinheit (in Form eines Vorheizers), den Direktschmelzbehälter und eine Transportvorrichtung für heißes eisenhaltiges Beschickungsmaterial, bei einer besonderen Ausführungsform der Anlage gemäß 1 zeigt;
3 eine Seitenansicht der Schleusenbunker und Förderschnecken ist, die einen Teil der Transportvorrichtung für das heiße eisenhaltige Beschickungsmaterial gemäß 2 bilden; und
4 diagrammartig die unteren Schleusenbunker, Förderschnecken, Transportleitungen und Rückführleitungen zeigt, die einen Teil der Transportvorrichtung für heißes eisenhaltiges Beschickungsmaterial gemäß 2 bilden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform einer Direktschmelzanlage und eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung steht im Kontext des Schmelzens von Eisenfeinerz. Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eisenhaltiges Material in dieser Form beschränkt ist und sich auf eisenhaltige Materialien in anderen Formen erstreckt und auch nicht auf eisenhaltiges Material per se beschränkt ist, sondern sich auf metallhaltige Beschickungsmaterialien im Allgemeinen erstreckt.
Soweit die vorliegende Ausführungsform betroffen ist, sind mit Bezug auf 1 die Hauptkomponenten der Direktschmelzanlage:

(a) eine Vorbehandlungseinheit in Form eines Vorheizers 3 zum Vorheizen von eisenhaltigem Beschickungsmaterial in Form von Eisenfeinerz;
(b) ein Direktschmelzkessel oder -behälter 5 zum Schmelzen des vorgeheizten Eisenfeinerzes zu Eisenschmelze; und
(c) eine Transportvorrichtung für heißes eisenhaltiges Beschickungsmaterial, die allgemein durch das Bezugszeichen 7 bezeichnet wird, zum Lagern von vorgeheiztem Eisenfeinerz und Transportieren der Feinteilchen unter Druck zu Feststoffeinspeisungslanzen des Direktschmelzbehälters.

Der Vorheizer 3 kann jeder geeignete Vorheizer, beispielsweise ein Schachtofen oder eine zirkulierende Wirbelschicht sein, die Eisenfeinerz typischerweise auf eine Temperatur in der Größenordnung von 680°C vorheizen kann.
Der Direktschmelzbehälter 5 kann jeder geeignete Behälter zum Ausführen eines Direktschmelzprozesses, beispielsweise des oben beschriebenen Hlsmelt-Verfahrens sein.
Die australische provisorische Anmeldung 2003901693 im Namen des Anmelders umfasst eine Beschreibung des allgemeinen Aufbaus eines Hlsmelt-Behälters und die Offenbarung der australischen provisorischen Anmeldung wird durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
In allgemeinen Begriffen umfasst der Hlsmelt-Behälter, der in der australischen provisorischen Anmeldung 2003901693 beschrieben ist, einen Herd mit einer Basis und Seiten, die aus feuerfesten Steinen hergestellt sind, Seitenwänden, die eine im Wesentlichen zylindrische Trommel bilden, welche sich von den Seiten des Herdes nach oben erstreckt, und einen oberen Trommelabschnitt und einen unteren Trommelabschnitt, die aus wassergekühlten Paneelen geformt sind, aufweist, ein Dach, einen Auslass für Abgase, einen Vorherd zum kontinuierlichen Abführen von Metallschmelze und ein Abstichloch zum Abführen von geschmolzener Schlacke.
Bei der Verwendung enthält der Behälter ein Schmelzbad aus Eisen und Schlacke, das eine Schicht aus Metallschmelze und eine Schicht aus geschmolzener Schlacke auf der Metallschicht aufweist.
In den Behälter ist eine sich nach unten erstreckende Gasinjektionslanze zur Förderung eines heißen Luftstroms in den oberen Bereich des Behälters eingesetzt. Die Gasinjektionslanze empfängt einen mit Sauerstoff angereicherten heißen Luftstrom durch eine Heißgasförderleitung, die sich von einer Heißgaszufuhrstation, welche mit einigem Abstand von dem Reduktionsbehälter angeordnet ist, erstreckt.
In den Behälter sind außerdem acht Feststoffeinspeisungslanzen eingesetzt, die sich durch die Seitenwände nach unten und einwärts und in die Schlackeschicht des Schmelzbades erstrecken, um vorgeheiztes Eisenfeinerz, festes kohlenstoffhaltiges Material und Zuschlagstoffe, die in einem Trägergas mit Sauerstoffmangel in die Metallschicht mitgeführt werden, einzuspeisen. Die Positionen der Feststoffeinspeisungslanzen sind so gewählt, dass ihre Auslassenden während des Prozessbetriebes oberhalb der Oberfläche der Metallschicht liegen. Diese Positionen der Feststoffeinspeisungslanzen reduzieren das Risiko von Beschädigungen durch Kontakt mit geschmolzenem Metall und ermöglichen es, die Lanzen durch erzwungene innere Wasserkühlung zu kühlen, ohne dass ein signifikantes Risiko besteht, dass Wasser in Kontakt mit der Metallschmelze in dem Behälter kommt.
Die Feststoffeinspeisungslanzen liegen in zwei Gruppen von vier Lanzen vor, wobei die Lanzen in einer Gruppe vorgeheiztes heißes Eisenfeinerz aufnehmen und die Lanzen (nicht dargestellt) in der anderen Gruppe Kohle und Zuschlagstoffe (über ein Kohlenstoffmaterial/Zuschlageinspeisungssystem – nicht dargestellt) während eines Schmelzvorgangs aufnehmen. Die Lanzen in den beiden Gruppen sind abwechselnd um den Umfang des Behälters angeordnet. Die Lanzen, die vorgeheiztes heißes Eisenfeinerz aufnehmen, sind in 4 mit dem Bezugszeichen 27 bezeichnet.
Die Transportvorrichtung 7 für heißes, eisenhaltiges Beschickungsmaterial umfasst:

(a) ein Lagermittel für heißes Beschickungsmaterial zum Lagern von vorgeheiztem Eisenfeinerz unter Druck, das allgemein mit dem Bezugszeichen 61 bezeichnet ist;
(b) eine Reihe von Transportleitungen 11 (lediglich eine von ihnen ist in dem Flussdiagramm von 1 dargestellt) zum Transportieren von vorgeheiztem Eisenfeinerz unter Druck von dem Lagermittel 61 zu Feststoffeinspeisungslanzen;
(c) eine Quelle von N₂ Gas 13 und N₂ Gasleitungen 15 für die Zufuhr von N₂ Gas zum Unterdrucksetzen des Lagermittels 61 und zum Transportieren von vorgeheiztem Eisenfeinerz entlang der Transportleitungen 11; und
(d) eine Rückführleitung 17 zum Rückführen von vorgeheiztem Eisenfeinerz zu dem Vorheizer 3 in Situationen, in denen der Direktschmelzbehälter 5 im Stand-by-Betrieb ist und kein Eisenfeinerz erfordert – dies ist ein wesentliches Merkmal unter Sicherheitsgesichtspunkten, wenn eine Direktschmelzanlage mit vorgeheizten oder anderen Formen vorbehandelter Beschickungsmaterialien betrieben wird, da es im Fall einer Blockade oder im Leerlaufbetrieb des Schmelzbehälters 5 das Eindämmen solcher Materialien in der Vorbehandlungseinheit, der Rückführleitung 17 oder der Transportleitung 11 erlaubt. Die Rückführleitung 17 erlaubt außerdem die Kommissionierung und Untersuchung der Transportleitungen 11 und der Lagermittel 61 ohne das Erfordernis, den Schmelzbehälter 5 zu betreiben oder ihm Beschickungsmaterial zuzuführen.

Die 2 bis 4 zeigen eine besondere Ausführungsform einer Anlagengestaltung gemäß 1.
Das Lagermittel 61 umfasst eine Reihe von Lagerbehältern 21, 23, 25, die in der Lage sind, vorgeheiztes Eisenfeinerz unter Druck zu lagern, und Förderschne cken 39 zum Steuern des Durchflusses von vorgeheiztem Eisenfeinerz aus den Lagermitteln 61 in die Transportleitungen 11.
2 zeigt die relativen Positionen des Vorheizers 3, des Direktschmelzbehälters 5 und der Lagermittel 61 als die Spitzen eines Dreiecks.
Der Vorheizer 3 umfasst einen Trogbandförderer 71 (3), der vorgeheiztes Eisenerz aus dem Vorheizer, welcher vorzugsweise eine zirkulierende Wirbelschicht ist, zu den Lagerbehältern 9 transportiert.
2 zeigt auch die Anordnung der Transportleitungen 11 zum Transportieren von vorgeheiztem Eisenfeinerz von dem Lagermittel 61 zu den Feststoffeinspeisungslanzen des Direktschmelzbehälters 5 und die Anordnung der Rückführleitungen 17 zum Rückführen von vorgeheiztem Eisenfeinerz zu dem Vorheizer 3.
Das Lagermittel 61 der Transportvorrichtung 7 für heißes, eisenhaltiges Beschickungsmaterial ist in zwei Gruppen 9a und 9b unterteilt, wobei eine Gruppe über eine Transportleitung 11 mit einem Paar von Feststoffeinspeisungslanzen 27 und die andere Gruppe über eine andere Transportleitung 11 mit dem anderen Paar von Feststoffeinspeisungslanzen 27 verbunden ist.
Wie am besten aus 3 ersichtlich ist, umfasst jede Gruppe 9a, 9b der Lagermittel 61 drei vertikal ausgerichtete Behälter 21, 23, 25. Die Behälter 23 sind Bunker, die so angeordnet sind, dass sie vorgeheiztes Eisenerz aufnehmen, das von dem Trogbandförderer des Vorheizers abgeführt und über einen Strömungssplitter 29 den Einlässen in den oberen Enden der Bunker zugeführt wird. Die Behälter 23 und 25 sind obere bzw. untere Schleusenbunker, die angeordnet sind, um vorgeheiztes Eisenfeinerz unter Druck zu lagern.
Die Auslässe der Bunker 21 sind mit jeweiligen Einlässen in den oberen Enden der oberen Schleusenbunker 23 über Transportleitungen 31a verbunden. Die Auslässe der oberen Schleusenbunker 23 sind mit den jeweiligen Einlässen in den oberen Enden der unteren Schleusenbunker 25 über Transportleitungen 31b verbunden. Der Durchfluss von vorgeheiztem Eisenfeinerz durch die Transportleitungen 31a, 31b wird durch Ventile 33a, 33b in den Leitungen gesteuert.
Eine Druckausgleichsleitung (nicht dargestellt) verbindet außerdem die oberen und unteren Schleusenbunker 23, 25 jeder Gruppe. Der Gasstrom durch die Druckausgleichsleitungen wird durch Strömungssteuerventile (nicht dargestellt) gesteuert.
Jede Gruppe 9a, 9b von Lagermitteln 61 umfasst außerdem eine der Förderschnecken 39, wobei der Auslass des unteren Schleusenbunkers 25 über eine Transportleitung 41 mit einem Einlass für vorgeheiztes Eisenfeinerz in die Förderschnecke 39 verbunden ist.
Bei der Verwendung umfasst eine Füllsequenz für eine der Gruppen 9a, 9b der Lagerbehälter 9 die folgenden Schritte:
Bei geschlossenem unteren Schleusenbunker 25 öffne Ventil 33a, so dass vorgeheiztes Eisenfeinerz durch Schwerkraftförderung von dem Bunker 21 abwärts in den oberen Schleusenbunker 23 fließen kann und den oberen Schleusenbunker 23 füllt;
wenn das vorgeheizte Eisenfeinerz ein festgelegtes Niveau in dem oberen Schleusenbunker 23 erreicht, schließe das Ventil 33a und setze den oberen Schleusenbunker 23 unter den gleichen Druck wie den Druck in dem unteren Schleusenbunker 25, typischerweise 4 bar absolut, durch N₂ Gas, das von der N₂ Gasquelle 13 über Leitung 15 zugeführt wird;
wenn der geforderte Druck erreicht ist, öffne Ventil 33b und das Ventil in der Ausgleichsleitung (nicht dargestellt) zwischen den oberen und unteren Schleusenbunkern 23, 25, so dass vorgeheiztes Eisenfeinerz durch Schwerkraftförderung von dem oberen Schleusenbunker 23 abwärts in den unteren Schleusenbunker 25 fließen kann; und
wenn das vorgeheizte Eisenfeinerz ein festgelegtes Niveau in dem unteren Schleusenbunker 23 erreicht, schließe das Ventil 33b.
Der Druck in den oberen und unteren Schleusenbunkern 23, 25 wird auf einem Zieldruck, typischerweise 4 bar absolut, durch N₂ Gas gehalten, das von der N₂ Gasquelle 13 über Leitung 15 zugeführt wird (1 und 4).
Während der oben beschriebenen Füllsequenz bleibt die Leitung 41 zwischen dem unteren Schleusenbunker 25 und der Förderschnecke 39 offen und vorgeheiztes Eisenfeinerz fließt kontinuierlich aus dem unteren Schleusenbunker 25 abwärts in die Förderschnecke 39 und wird mit einer festgelegten Massendurchflussrate entlang der Förderschnecke 39 transportiert und über eine Auslassleitung 43 der Transportleitung 11 zugeführt, welche die Förderschnecke 39 mit dem Paar von Feststoffeinspeisungslanzen 27 an den Enden der Transportleitung 11 verbindet.
Die Anordnung der Transportleitungen 11 und der Rückführleitung 17 lässt sich am besten in den 2 und 4 erkennen.
Mit Bezug auf diese Figuren ist, wie oben beschrieben wurde, das Lagermittel 61 der Transportvorrichtung 7 für heißes, eisenhaltiges Beschickungsmaterial in zwei Gruppen 9a und 9b unterteilt, wobei eine Gruppe über eine Transportleitung 11 mit einem Paar von Feststoffeinspeisungslanzen 27 und die andere Gruppe über eine andere Transportleitung 11 mit dem anderen Paar von Fest stoffeinspeisungslanzen 27 verbunden ist. Bei der Verwendung wird vorgeheiztes Eisenfeinerz über die Förderschnecken den Einlassenden 45 der Transportleitungen 11 zugeführt. N₂ Gas unter Druck und bei Umgebungstemperatur wird von der N₂ Gasquelle 13 über Leitungen 47 ebenfalls den Einlassenden 45 der Transportleitungen 11 zugeführt und nimmt das vorgeheizte Eisenfeinerz auf und transportiert es entlang der Transportleitungen 11 zu den Feststoffeinspeisungslanzen 27.
Jede Transportleitung 11 verzweigt in zwei Unterzweige 11a, 11b im Bereich des Direktschmelzbehälters 5 und die Zweigleitungen liefern vorgeheiztes Eisenfeinerz zu einem diametral gegenüberliegenden Paar von Feststoffeinspeisungslanzen 27.
Die Rückführleitung 17 jeder Transportleitung 11 erstreckt sich von der Transportleitung 11 zu dem Vorheizer 3. Die Rückführleitungen 17 umfassen geeignet angeordnete Isolierventile A zum Steuern des Durchflusses von vorgeheiztem Eisenfeinerz in die Rückführleitungen 17.
Die Transportvorrichtung 7 für heißes, eisenhaltiges Beschickungsmaterial umfasst außerdem Mittel zum Steuern des Durchflusses von vorgeheiztem Eisenfeinerz entlang der Transportleitungen 11 von dem Lagermittel 61 zu den Feststoffeinspeisungslanzen 27.
Die Durchflusssteuermittel umfassen Durchflusssteuerventile 57 in den Gasleitungen 47, welche die N₂ Gasquelle 13 und die Einlassenden 45 der Transportleitungen 11 verbinden, und eine Reihe von Strömungsdetektoren (nicht dargestellt) entlang der Leitungen 11 und an den Feststoffeinspeisungslanzen 27.
Einer der Antriebe zum Auswählen der Durchflussrate von N₂ Gas in die Transportleitungen 11 dient der Aufrechterhaltung einer ausreichenden Geschwindig keit in den Leitungen, um das vorgeheizte Eisenfeinerz in dem Gas zu suspendieren und die Feinteilchen mit dem Gas mitzunehmen. Vorzugsweise wird die Strömungsgeschwindigkeit so weit wie möglich minimiert, wobei gewährleistet wird, dass die Geschwindigkeit ausreicht, um die Feinteilchen zu tragen, da der Verschleiß der Transportleitungen zunimmt, wenn die Geschwindigkeit steigt.
Ein anderer der Antriebe zum Auswählen der Strömungsrate von N₂ Gas in die Transportleitungen 11 dient der Förderung des vorgeheizten Eisenfeinerzes mit ausreichender Geschwindigkeit, so dass die Spitzengeschwindigkeit des Gases, welches den eingespeisten Feststoff von den Feststoffeinspeisungslanzen 27 in den Direktschmelzbehälter 5 fördert, im Bereich von 70 bis 120 m/s liegt.
In jeder gegebenen Situation werden die tatsächlichen Durchflussraten des N₂ Gases und des vorgeheizten Eisenfeinerzes, das den Transportleitungen 11 zugeführt wird, eine Funktion einer Reihe von Variablen einschließlich der Partikelgrößenverteilung des Eisenfeinerzes, der Temperaturen des N₂ Gases und des Eisenfeinerzes und der Zielgeschwindigkeiten an der Spitze der Feststoffeinspeisungslanzen 27 des N₂ Gases sein. Bei einer besonderen Ausführungsform, die als Muster von der Anmelderin erstellt wurde, beträgt die Zielaufnahmegeschwindigkeit des N₂ Gases 19 m/s und die Zielgeschwindigkeit an der Spitze beträgt 112 m/s und jede Gruppe 9a, 9b des Lagermittels 61 liefert 123 tph vorgeheiztes Eisenfeinerz (bei 680°C) zu der zugeordneten Transportleitung 11, und das N₂ Gas 13 liefert 3.100 Nm³/h N₂ Gas bei 20°C zu der Transportleitung 11.
Die Transportvorrichtung 7 für heißes, eisenhaltiges Beschickungsmaterial umfasst außerdem ein Mittel zum Deblockieren der Transportleitungen 11.
Die Deblockierungsmittel umfassen eine Reihe von geeignet angeordneten N₂ Gasinjektionsanschlüssen 55 entlang der Länge der Transportleitungen 11, eine Reihe von geeignet angeordneten Isolierventilen B, D und G in den Transportleitungen 11, Isolierventile E in den Leitungen 43 zwischen den Förderschnecken 43 und den Transportleitungen 11, den Rückführleitungen 17, Auslassleitungen 53 an den Einlassenden 45 der Transportleitungen 11, Isolierventile A in den Rückführleitungen 17, Isolierventile C in den N₂ Gasinjektionsanschlüssen 55 nahe den Feststoffeinspeisungslanzen 27 und Isolierventile F in den Auslassleitungen 53.
Die N₂ Gasinjektionsverbindungen 55 und die Isolierventile A, B, D, E, F und G ermöglichen es, dass N₂ Gas wahlweise unterschiedlichen Stellen entlang der Länge der Transportleitungen 11 zuzuführen, um die Leitungen stromaufwärts und/oder stromabwärts von blockierten Stellen in den Transportleitungen 11 wahlweise unter Druck zu setzen und drucklos zu machen. Die Rückführleitungen 17 und die Auslassleitungen 53 erleichtern die Abfuhr von gelöstem Material aus den Transportleitungen 11 als Folge eines Deblockierungsvorgangs.
In einer Situation, in der eine Blockade an der Stelle "X" in einer der Transportleitungen 11 vorliegt, wird die folgende Betriebssequenz eingesetzt, um die Leitung durch Unterdrucksetzen der Leitung stromaufwärts der Blockade und anschließendes Drucklosmachen der Leitung stromabwärts der Blockade zu deblockieren:
Schließe Ventile E, F, B, A und G;
Öffne Ventile C in den N₂ Gasinjektionsverbindungen 55 nahe den Feststoffeinspeisungslanzen 27, um ein N₂-Ausblasen durch die Lanzen 27 zu erreichen, um einen Überdruck in den Lanzen 27 zu erhalten;
Öffne Ventil D an dem Einlassende der Transportleitung 11, damit N₂ Gas von der N₂ Gasquelle 13 stromaufwärts der Blockade X einen Druck aufbauen kann;
Öffne Ventil A in der Rückführleitung 17, um dadurch den Druck in der Transportleitung 11 stromabwärts der Blockade X plötzlich zu reduzieren, im Hinblick auf ein Lösen der Blockade und Transportieren von gelöstem Material entlang der Rückführleitung 17; und
Stelle anschließend die Ventile zu den normalen Betriebseinstellungen zurück, um die Zufuhr von vorgeheiztem Eisenfeinerz zu den Feststoffeinspeisungslanzen 27 wieder aufzunehmen.
Die oben beschriebene Schrittsequenz kann wiederholt werden.
Beim Betrieb kann das Ventil C zuerst geöffnet werden, bevor eines der Ventile E, F, B, A und G geschlossen wird. Dies dient der Lieferung eines kontinuierlichen Gasstromes durch die Lanze unabhängig von der Position eines dieser Ventile. Das Ventil H kann als Alternative zu dem Ventil A verwendet werden.
In einer Situation, in der eine Blockade an der Stelle "X" in einer der Transportleitungen 11 vorliegt, wird die folgende Betriebssequenz verwendet, um die Leitung durch Unterdrucksetzung der Leitung stromabwärts der Blockade und anschließendes Drucklosmachen der Leitung stromaufwärts der Blockade zu deblockieren:
Schließe Ventile B, A, F, D und E;
Öffne Ventile C in den N₂ Gasinjektionsverbindungen 55 nahe den Feststoffeinspeisungslanzen 27, um ein N₂ Ausblasen durch die Lanzen 27 zu erreichen, um einen Überdruck in den Lanzen 27 zu erhalten;
Öffne Ventile G in den Zweigleitungen 11a, 11b, so dass N₂ Gas stromabwärts der Blockade X einen Druck aufbauen kann;
Öffne Ventil F in der Auslassleitung 53, um den Druck in der Transportleitung stromaufwärts der Blockade X plötzlich zu reduzieren, im Hinblick auf ein Lösen der Blockade und Transportieren von gelöstem Material entlang der Auslassleitung 53; und
Stelle anschließend die Ventile zu ihren normalen Betriebseinstellungen zurück, um die Zufuhr von vorgeheiztem Eisenfeinerz zu den Feststoffeinspeisungslanzen 27 wieder aufzunehmen.
Die oben beschriebene Schrittsequenz kann wiederholt werden.
In beiden oben beschriebenen Betriebssequenzen liegt das Schlüsselmerkmal darin, die Abschnitte der Transportleitung 11 stromaufwärts und stromabwärts der Blockade unter Druck zu setzen und drucklos zu machen.
Die oben beschriebene Anlage ist in der Lage, heißes eisenhaltiges Beschickungsmaterial dem Direktschmelzbehälter für unterschiedliche Betriebsbedingungen zuzuführen, einschließlich unerwarteter Störungen, an unterschiedlichen Stufen einer Schmelzkampagne. Es ist in der Lage, Situationen zu meistern, bei denen es notwendig ist, die Zufuhr von heißem, eisenhaltigem Beschickungsmaterial zu dem Direktschmelzbehälter vollständig zu unterbrechen. Außerdem ist die Vorrichtung in der Lage, in lange dauernden Schmelzkampagnen zuverlässig zu arbeiten, und ein Schlüsselaspekt dieses Erfordernis ist es, dass die Vorrichtung in der Lage ist, Transportleitungen für heißes, eisenhaltiges Beschickungsmaterial ohne manuelle Intervention an den Leitungen oder ein Abstellen der Anlage zu deblockieren.
Viele Modifikationen können an der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben wurde, vorgenommen werden, ohne den Geist und Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Zusammenfassung:
DIREKTSCHMELZANLAGE UND -VERFAHREN
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Direktschmelzanlage und ein Direktschmelzverfahren zum Erzeugen von Metallschmelze aus einem metallhaltigen Beschickungsmaterial, beispielsweise Erz, teilweise reduziertes Erz und metallhaltiger Abfallströme, wobei letzteres die Schritte umfasst (a) Vorbehandeln von metallhaltigem Beschickungsmaterial in einer Vorbehandlungseinheit und Erzeugen von vorbehandeltem Beschickungsmaterial mit einer Temperatur von wenigstens 200°C, (b) Speichern von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial mit einer Temperatur von wenigstens 200°C unter Druck in einem Lagermittel für heißes Beschickungsmaterial, (c) Überführen von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial mit einer Temperatur von wenigstens 200°C unter Druck in einer Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial zu einem Feststoffzufuhrmittel eines Direktschmelzbehälters, und (d) Fördern von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial in den Direktschmelzbehälter und Schmelzen von metallhaltigem Beschickungsmaterial zu Metallschmelze in dem Behälter.

Claims

Eine Direktschmelzanlage zum Herstellen von geschmolzenem Metall, wie geschmolzenem Eisen, aus metallhaltigem Beschickungsmaterial, wie Eisenfeinerz, mit: (a) einer Vorbehandlungseinheit (3) zum Vorbehandeln von metallhaltigem Beschickungsmaterial und zum Erzeugen eines vorbehandelten Beschickungsmaterials mit einer Temperatur von wenigstens 200°C; (b) einem Direktschmelzbehälter (5) zum Schmelzen von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial zu geschmolzenem Metall, wobei der Behälter (5) so ausgestaltet ist, dass er ein Schmelzbad aus Metall und Schlacke aufnehmen kann, wobei der Behälter (5) ein Feststoffzufuhrmittel (27) zur Aufnahme und anschließendem Zuführen von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial mit einem Druck über Atmosphärendruck und einer Temperatur von wenigstens 200°C in den Behälter (5) aufweist; (c) einer Transportvorrichtung (7) für heißes Beschickungsmaterial zum Transferieren von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial von der Vorbehandlungseinheit (3) zu dem Feststoffzufuhrmittel (27) des Direktschmelzbehälters (5), wobei die Transportvorrichtung (7) aufweist: (i) ein Lagermittel (61) für heißes Beschickungsmaterial zum Lagern von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial bei wenigstens 200°C und einem Druck oberhalb des Atmosphärendrucks; (ii) eine Transportleitung (11) für heißes Beschickungsmaterial zum Transferieren von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial bei wenigstens 200°C unter Druck zu dem Feststoffzufuhrmittel (27) des Direktschmelzbehälters (5); und (iii) ein Druckaufbringungsmittel für die Zufuhr von Gas mit einem Druck oberhalb des Atmosphärendrucks zu dem Lagermittel (61) für heißes Beschickungsmaterial zum Unterdrucksetzen des Lagermittels (61) und zu der Transportleitung (11) für das heiße Beschickungsmaterial, um die Transportleitung (11) unter Druck zu setzen und als ein Trägergas zum Transportieren von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial entlang der Transportleitung (11) zu dem Feststoffzufuhrmittel (27) zu dienen.
Eine Direktschmelzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlungseinheit (3) aus einer Gruppe ausgewählt wird, die einen Vorheizer, einen Vorreduzierer und einen Röster umfasst.
Eine Direktschmelzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage außerdem ein Transportmittel für heißes Beschickungsmaterial aufweist, vorzugsweise mit einem Trogbandförderer (71), zum Transportieren von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial von der Vorbehandlungseinheit zu der Transportvorrichtung (7) für heißes Beschickungsmaterial.
Eine Direktschmelzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffzufuhrmittel (27) ein Feststoffeinspeisungsmittel, vorzugsweise eine Lanze (27) ist, um vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial unter Druck in den Direktschmelzbehälter (5) einzuspeisen.
Eine Direktschmelzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportvorrichtung (7) für heißes Beschickungsmaterial ein Mittel (39) zum Steuern des Durchflusses von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial von dem Lagermittel (61) für heißes Beschickungsmaterial in die Transportleitung (11) für heißes Beschickungsmaterial aufweist.
Eine Direktschmelzanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Steuern des Durchflusses von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial eine Förderschnecke (39) mit einem Einlass für vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial, einem Gaseinlass und einem Auslass für vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial, der mit der Transportleitung (11) für heißes Beschickungsmaterial verbunden ist, aufweist.
Eine Direktschmelzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagermittel (61) für heißes Beschickungsmaterial (a) einen oberen Schleusenbunker (23) mit einem Einlass für vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial, einem Gaseinlass zum Unterdrucksetzen des Schleusenbunkers und einem Auslass für vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial, (b) einen unteren Schleusenbunker (25) mit einem Einlass für vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial, einem Gaseinlass zum Unterdrucksetzen des Schleusenbunkers und einem Auslass für vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial, und (c) eine Leitung (31b), welche den Auslass des oberen Schleusenbunkers mit dem Einlass des unteren Schleusenbunkers verbindet, aufweist.
Eine Direktschmelzanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportvorrichtung (7) für heißes Beschickungsmaterial außerdem ein Mittel zum Steuern des Durchflusses von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial entlang der Transportleitung (11) für heißes Beschickungsmaterial von dem Lagermittel (61) für heißes Beschickungsmaterial zu dem Feststoffzufuhrmittel (27) aufweist.
Eine Direktschmelzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportvorrichtung (7) für heißes Beschickungsmaterial ein Mittel zum Rückführen von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial zu der Vorbehandlungseinheit (3) aufweist, welches vorzugsweise für einen Betrieb ausgestaltet ist, während der Direktschmelzbehälter (5) im Stand-by-Betrieb arbeitet und kein vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial erfordert.
Eine Direktschmelzanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Rückführen von heißem metallhaltigem Beschickungsmaterial zu der Vorbehandlungseinheit (3) (a) eine Rückführtransportleitung (17), die die Transportleitung (11) für heißes Beschickungsmaterial und die Vorbehandlungseinheit (3) verbindet, und (b) Ventile (A) in den Leitungen, die wahlweise betätigbar sind, damit vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial entlang der Transportleitung (11) für heißes Beschickungsmaterial fließen kann, um über die Rückführleitung (17) zu der Vorbehandlungseinheit (3) zurückgeführt zu werden, aufweist.
Eine Direktschmelzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportvorrichtung (7) für heißes Beschi ckungsmaterial ein Mittel zum Deblockieren der Transportleitung (11) für heißes Beschickungsmaterial aufweist, ohne das Erfordernis einer manuellen Intervention an der Leitung (11) oder des Abschaltens des Direktschmelzbehälters (5).
Eine Direktschmelzanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Deblockieren der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial eine Vielzahl von Mitteln zum wahlweisen Unterdrucksetzen der Transportleitung (11) für heißes Beschickungsmaterial an einer Reihe von Stellen entlang der Länge der Leitung (11) aufweist, so dass die Leitung (11) stromaufwärts und/oder stromabwärts einer Blockade in der Leitung (11) wahlweise unter Druck gesetzt und drucklos gemacht werden kann, und vorzugsweise außerdem an einer Reihe von Stellen entlang der Länge der Leitung (11) eine Vielzahl von Auslassleitungen (53) aufweist, um gelöstes Material von einer Blockade in der Transportleitung (11) für heißes Beschickungsmaterial abzuführen.
Eine Direktschmelzanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführtransportleitung (17) die Auslassleitung (53) ist.
Eine Direktschmelzanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Deblockieren der Transportleitung (11) für heißes Beschickungsmaterial eine Vielzahl von Detektoren zur Erfassung des Ortes einer Blockade in der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial aufweist.
Eine Direktschmelzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Direktschmelzbehälter (5) ein fester Schmelzbehälter zum Halten eines Schmelzbades aus Metall und Schlacke und eines Gasraums oberhalb des Bades aufweist, und dass die Feststoffzufuhrmittel zwei oder mehr Paare von Feststoffeinspeisungslanzen (27) aufweisen, die um den Behälter (5) angeordnet sind und sich in diesen erstrecken, wobei die Lanzen (27) jedes Paares von Lanzen einander diametral gegenüberliegen, wobei wenigstens ein Paar von Lanzen (27) vorgesehen ist, um vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial einzuspeisen und wobei wenigstens eines der anderen Paare von Lanzen (27) vorgesehen ist, um festes kohlenstoffhaltiges Material einzuspeisen, und wobei die Paare von Lanzen (27) so um den Behälter (5) angeordnet sind, dass benachbarte Lanzen Lanzen sind, die vorgesehen sind, um unterschiedliche Materialien einzuspeisen.
Ein Direktschmelzverfahren zum Herstellen von Metallschmelze aus metallhaltigem Beschickungsmaterial, wie Eisenfeinerz, mit folgenden Schritten: (a) Vorbehandeln von metallhaltigem Beschickungsmaterial in einer Vorbehandlungseinheit (3) und Erzeugen von vorbehandeltem Beschickungsmaterial mit einer Temperatur von wenigstens 200°C; (b) Lagern von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial mit einer Temperatur von wenigstens 200°C unter Druck in einem Lagermittel (61) für heißes Beschickungsmaterial; (c) Überführen von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial mit einer Temperatur von wenigstens 200°C unter Druck in einer Transportleitung (11) für heißes Beschickungsmaterial zu einem Feststoffzufuhrmittel (27) eines Direktschmelzbehälters (5); (d) Zuführen von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial in den Direktschmelzbehälter und Schmelzen von metallhaltigem Beschickungsmaterial zu Metallschmelze in dem Behälter (5).
Ein Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das metallhaltige Beschickungsmaterial ein eisenhaltiges Beschickungsmaterial, vorzugsweise in Form von Eisenfeinerz, ist und dass das Schmelzbad geschmolzenes Eisen enthält.
Ein Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens 30% des metallhaltigen Beschickungsmaterials eine Partikelgröße von weniger als 0,5 mm aufweisen, wobei der d_50 Durchmesser des Materials zwischen 0,8 und 1,0 mm liegt.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (a) das Vorbehandeln von Beschickungsmaterial durch Vorheizen von Beschickungsmaterial auf eine Temperatur von wenigstens 400°C, stärker bevorzugt von wenigstens 600°C, noch stärker bevorzugt von wenigstens 660°C und am stärksten bevorzugt zwischen 670°C und 690°C umfasst.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (b) das Lagern von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial unter Druck in dem Lagermittel (61) für heißes Beschickungsmaterial durch Zufuhr eines Druckgases zu dem Lagermittel (61) für heißes Beschickungsmaterial umfasst, wobei das Druckgas vorzugsweise wenigstens im Wesentlichen ein Inertgas aufweist.
Ein Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in dem Lagermittel (61) für heißes Beschickungsmaterial wenigstens 3 bar absolut und stärker bevorzugt wenigstens 4 bar absolut beträgt.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (c) das Überführen von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial unter Druck in die Transportleitung (11) für heißes Beschickungsmaterial umfasst, vorzugsweise unter einem Druck von wenigstens 3 bar absolut und stärker bevorzugt wenigstens 4 bar absolut, durch Zufuhr eines Trägergases, vorzugsweise eines Gases, das wenigstens im Wesentlichen ein Inertgas aufweist, zu der Transportleitung (11) für heißes Beschickungsmaterial, um vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial entlang der Leitung (11) zu transportieren.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Trägergases, das das vorbehandelte metallhaltige Beschickungsmaterial in der Transportleitung (11) befördert, wenigstens 19 m/s beträgt.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (c) das Steuern des Durchflusses von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial entlang der Transportleitung (11) für heißes Beschickungsmaterial auf eine Geschwindigkeit, welche das heiße metallhaltige Beschickungsmaterial in dem Trägergas in der Transportleitung (11) in Suspension hält, aufweist und/oder dass Schritt (c) das Steuern des Durchflusses des Trägergases entlang der Transportleitung (11) für heißes Beschickungsmaterial aufweist, um den Durchfluss von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial entlang der Transportleitung (11) für heißes Beschickungsmaterial zu steuern.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (d) das Überführen von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial in den Direktschmelzbehälter (5) bei einer Temperatur oberhalb von 200°C, stärker bevorzugt oberhalb 400°C und noch stärker bevorzugt oberhalb 600°C umfasst.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffzufuhrmittel (27) Feststoffeinspeisungslanzen (27) sind, und dass Schritt (d) das Überführen von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial in den Direktschmelzbehälter (5) durch Einspeisen von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial über die Feststoffeinspeisungslanzen (27) mit einer Trägergasgeschwindigkeit im Bereich von 70 bis 120 m/s, stärker bevorzugt von 112 m/s, umfasst.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Zurückführen von vorbehandeltem metallhaltigem Beschickungsmaterial zu der Vorbehandlungseinheit (3) umfasst, während der Direktschmelzbehälter (5) im Stand-by-Betrieb ist und kein vorbehandeltes metallhaltiges Beschickungsmaterial erfordert.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in Reaktion auf eine in der Transportleitung (11) für heißes Beschickungsmaterial auftretende Blockade, das Deblockieren der Transportleitung (11) für heißes Beschickungsmaterial ohne das Erfordernis einer manuellen Intervention an der Leitung oder des Abschaltens des Direktschmelzbehälters (5) umfasst, indem die Transportleitung (11) für heißes Beschickungsmaterial wahlweise stromaufwärts und/oder stromabwärts einer Blockade in der Leitung drucklos gemacht wird.
Ein Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Deblockieren der Transportleitung für heißes Beschickungsmaterial durch wahlweises Unterdrucksetzen der Transportleitung (11) für heißes Beschickungsmaterial stromaufwärts oder stromabwärts einer Blockade in der Leitung und anschließendes Drucklosmachen der Leitung (11) an der der unter Druck gesetzten Seite gegenüberliegenden Seite der Leitung umfasst.
Ein Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Wiederholen der Sequenz des Unterdrucksetzens und Drucklosmachens der Leitung (11) an gegenüberliegenden Seiten der Blockade umfasst.