DE19720420A1 - Verfahren zur Herstellung eines Metalls aus einem Metalloxid - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Me­ tallen in reduzierter Form aus Metalloxiden. Die Erfindung be­ trifft insbesondere ein Verfahren, bei dem ein Metalloxid pul­ verisiert wird und die resultierenden Teilchen mittels einer Hochtemperaturflamme erhitzt und aufgeschmolzen werden, um Re­ duktionsreaktionen durchzuführen.

Bei der herkömmlichen Stahlherstellung unter Verwendung eines Elektroofens wird der Abfallstaub des Ofens mittels eines Staubkollektors gesammelt, um eine Luftverschmutzung zu ver­ hindern.

Der als Abfall der Stahlherstellung anfallende Staub stellt ein sehr feines Pulver dar, so daß seine Verwertbarkeit schwierig ist. Trotz der Tatsache, daß dieser FeO und Fe₂O₃ enthält, wird der Staub so wie er ist verworfen.

Bei der Stahlherstellung unter Verwendung eines Elektroofens werden auch Oxidationsschlacken und Reduktionsschlacken je nach den Raffinierungsstufen als Abfälle ausgestoßen.

Von den Abfällen werden die Oxidationsschlacken als Straßen­ bettmaterialien für die Herstellung von Asphaltstraßen verwen­ det. Andererseits findet sich keine besondere Verwendung von Reduktionsschlacken, so daß diese unvermeidbar als Abfall de­ poniert werden müssen.

Die Reduktionsschlacke enthält auch als eine der Komponenten erheblich freies CaO, das unter Bildung von Ca(OH)₂ Wasser ab­ sorbiert. Die zum Zeitpunkt dieser Hydratisierung auftretende Volumenexpandierung erschwert die Verwendung der Reduktions­ schlacke so wie sie ist als Straßenbettmaterial.

Die Beseitigung dieser Stäube ist naturgemäß sehr teuer, und die Beseitigungskosten erhöhen die Kosten der Stahlherstel­ lung.

In der JP-OS 6-11208 ist bereits ein Verfahren zum Vermischen von Stäuben der Stahlherstellung mit der Reduktionsschlacke vorgeschlagen worden, bei dem diese Materialien von den Düsen eines Brenners in eine Hochtemperaturflamme zum Aufschmelzen eingespritzt werden.

Dieses Verfahren verleiht der Reduktionsschlacke ähnliche phy­ sikalische und chemische Eigenschaften, wie diejenigen der Oxidationsschlacke, so daß es hierdurch ermöglicht wird, diese Abfallmaterialien als Straßenbettmaterialien zu verwenden.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Metallen aus einem Metalloxid in reduzier­ ter Form. Das Verfahren baut sich auf der Tatsache auf, daß der Staub der Stahlherstellung, der hauptsächlich Eisenoxide enthält, leicht geschmolzen werden kann, wenn er in Teilchen­ form in eine Hochtemperaturflamme eingeführt wird.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstel­ lung eines Metalls aus einem Metalloxid, das dadurch gekenn­ zeichnet ist, daß das Metalloxid in Teilchenform in eine Hochtemperaturflamme eines Brenners in einem Ofenreaktor ein­ geführt wird, um die Metalloxidteilchen zu erhitzen und zu schmelzen, daß auch ein Reduktionsmittel in den Ofenreaktor eingeführt wird, um eine Reduktionsreaktion des Metalloxids zu bewirken, und daß das resultierende Metall in reduziertem Zu­ stand gewonnen wird.

Die Erfindung wird in den beigefügten Zeichnungen erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Anlage, die in einem erfindungsgemäßen Beispiel verwendet wurde;

Fig. 2 wesentliche Teile des in Fig. 1 gezeigten Sauer­ stoffbrenners;

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer weiteren Anlage, die in einem anderen erfindungsgemäßen Beispiel verwendet worden ist;

Fig. 4 eine schematische Ansicht einer weiteren Anlage, die bei einem weiteren erfindungsgemäßen Beispiel verwendet worden ist; und

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer weiteren Anlage, die in einem weiteren erfindungsgemäßen Beispiel verwendet worden ist.

Da erfindungsgemäß das Metalloxid in Form von feinen Teilchen mit großer spezifischer Oberfläche in die Flamme eingeführt wird, ist es leicht, sie mit der Flamme zu erhitzen und zu schmelzen. Daher schreitet die Reduktion mit dem Reduktions­ mittel fort. Als Ergebnis können Metalle oder die Entoxida­ tionsprodukte mit hoher Ausbeute erhalten werden.

Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Einschluß der oben beschriebenen Reduktionsreaktion sind ein­ fach und können daher mit niedrigen Kosten erstellt werden. Auch die Betriebskosten sind niedrig, so daß Metalle im redu­ zierten Zustand aus Metalloxiden mit verminderten Kosten er­ halten werden können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Ei­ senoxid als ein Metalloxid verwendet, so daß durch das oben beschriebene Verfahren metallisches Eisen erhalten wird.

Eisenerz kann als Eisenoxid verwendet werden, so daß metalli­ sches Eisen im reduzierten Zustand durch die obige Reaktion erhalten wird.

Bei dieser Ausführungsform wird das Eisenerz pulverisiert, und die resultierenden Eisenerzteilchen werden in den Ofenreaktor eingeführt. Das Erhitzen und Schmelzen der Teilchen kann leicht mit der Flamme des Brenners durchgeführt werden, und die oben beschriebene Reduktionsreaktion läuft glatt ab.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können nicht nur pulveri­ sierte Eisenoxidklumpen, sondern auch Eisenerz in Pulverform verwendet werden. Durch Verwendung von pulverförmigem Eisenerz werden die Kosten für das Pulverisieren vermindert, und es wird weiterhin ermöglicht, pulverförmiges oder feinpulverför­ miges Erz, das den Hauptteil des Eisenerzes stellt, einzuset­ zen.

Erfindungsgemäß können Abfallstäube der Stahlherstellung als Eisenoxid eingesetzt werden. Somit kann leichtverwendbares Ei­ senmetall aus Stäuben erhalten werden, die bislang als unnütz angesehen und verworfen wurden.

Es ist weiterhin möglich, Eisenoxid mit anderen Formen, wie schuppenförmige Ablagerung von Walzen, Schlämme u. dgl. einzu­ setzen.

Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Fall der Verwendung von Eisenoxid als Metalloxid ist es auch möglich, ein Chromerz als Metalloxid einzusetzen. Das Erz wird pulverisiert und der Hochtemperaturflamme des Brenners zugeführt, damit eine Reduk­ tionsreaktion mit dem Reduktionsmittel unter Bildung von Me­ tall im reduzierten Zustand bewirkt wird.

In diesem Fall können nicht nur Teilchen von gepulverten Chromerzklumpen, sondern auch pulverförmiges Chromerz verwen­ det werden. Die Verwendung von Eisenerz in Pulverform vermin­ dert die Kosten für die Pulverisierung und ermöglicht weiter­ hin die wirksame Verwertung von pulverförmigem oder feinpul­ verförmigem Erz, das den Hauptteil des Eisenerzes darstellt.

Die Erfindung ist auch auf die Herstellung von anderen Metal­ len aus den entsprechenden Metalloxiden mit Einschluß auf die Herstellung von Nickelmetall unter Verwendung von Nickelerz als Metalloxid anwendbar.

Als Brenner kann ein Sauerstoffbrenner oder ein Brenner, der mit Sauerstoffangereichert betrieben wird, verwendet werden.

Weiterhin können erfindungsgemäß die Teilchen des Metalloxids in der Weise zugeführt werden, daß sie von den Düsen des Bren­ ners in die Hochtemperaturflamme entlang der Achse der Flamme zum Erhitzen und Schmelzen eingespritzt bzw. injiziert werden.

Bei dieser Ausführungsform wird ein Brenner als Einrichtung für die Einführung des Metalloxids in den Ofenreaktor verwen­ det. Die Verwendung des Brenners ermöglicht es, die Metall­ oxidteilchen mit Sicherheit und direkt in die Flamme frei zu­ setzen und die Metalloxidteilchen über eine lange Zeitspanne zu halten, da die Metalloxidteilchen in Richtung der Flammach­ se eingespritzt werden. Daher benötigt dieses Verfahren erheb­ lich einfachere Anlagen, und es wird ermöglicht, die Metall­ oxide wirksam aufzuschmelzen.

Als Brennstoff für den Brenner können verschiedene Arten von Brennstoffen, wie Schweröl, Feinkohlepulver und Naturgas, ver­ wendet werden. Zweckmäßigerweise kann als Kohlepulver übliches Kohlepulver, das in großen Mengen produziert wird und das er­ hebliche Mengen an flüchtigen Komponenten enthält, eingesetzt werden.

Das Reduktionsmittel kann durch die Seitenwand des Ofenreak­ tors getrennt von den Metalloxidteilchen eingeführt werden. Als Alternative kann das Reduktionsmittel in Pulverform direkt in die Flamme vom Brennerkopf eingeführt werden.

Bei der letztgenannten Ausführungsform ist es nicht erforder­ lich, Zuführungseinrichtungen an der Ofenwand vorzusehen, und der Brenner selbst kann als Einrichtung zur Zuführung des Re­ duktionsmittels verwendet werden. Die Anlagen werden daher einfacher, und das eingespritzte Reduktionsmittel kontaktiert wirksam das Metalloxid in der Hochtemperaturflamme, so daß die Reduktionsreaktion ablaufen kann.

Bei der obigen Ausführungsform der direkten Einspritzung des Reduktionsmittels sollten die Teilchen des Reduktionsmittels solche Größen haben, daß sie in der Hochtemperaturflamme nicht vollständig verbrennen.

Als Alternative kann erfindungsgemäß das Reduktionsmittel zu­ vor mit dem geschmolzenen Metall vermischt werden. Das ge­ schmolzene Gemisch wird in den Ofenreaktor eingebracht, wo­ durch das Reduktionsmittel ebenfalls in den Ofen eingeführt wird.

Gemäß einer weiteren Alternative kann ein Reduktionsmittel mittels eines Trägergases direkt in das geschmolzene Metall­ oxidbad eingeblasen werden. Dies ermöglicht nicht nur, daß ein Zerstreuen des Reduktionsmittels in die Gasphase verhindert wird, sondern daß auch das geschmolzene Metalloxidbad mit dem Trägergas gerührt wird, so daß die Reduktionsreaktion wirksam durchgeführt werden kann.

Die oben beschriebenen Methoden der Zuführung des Reduktions­ mittels können in jeder beliebigen Kombination davon durchge­ führt werden.

Das erfindungsgemäß verwendete Reduktionsmittel kann nicht nur aus festen Teilchen, wie gepulvertem Koks, gepulverter Kohle und Aluminiumasche bestehen, sondern auch aus einem flüssigen Brennstoff wie Schweröl.

Gemäß einer Ausführungsform wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Verhältnis von Sauerstoff zu dem Brenner zuge­ führten Brennstoff so eingestellt, daß die Sauerstoffmenge für die vollständige Verbrennung des Brennstoffs ungenügend ist, so daß eine reduzierende Flamme gebildet wird, die reich an CO ist, wodurch die Reduktionsreaktion in der reduzierenden Atmo­ sphäre beschleunigt wird. In diesem Falle kann die Reduktions­ reaktion der Metalloxide glatter durchgeführt werden, und wei­ terhin kann die Menge des in den Ofen eingebrachten Reduk­ tionsmittels vermindert werden, wodurch die Produktionskosten gesenkt werden können.

Es wird bevorzugt, ein Rührgas in das geschmolzene Bad in dem Ofenreaktor einzublasen, um die Reduktionsreaktion zu be­ schleunigen und eine höhere Ausbeute des Metallprodukts zu er­ zielen. Als Rührgas können zusätzlich zu Inertgasen wie N₂ und Ar reduzierende Gase wie CH₄, H₂ und CO verwendet werden. Die Verwendung eines reduzierenden Gases als Rührgas beschleunigt die oben beschriebene Reduktionsreaktion.

Erfindungsgemäß wird die für die Reduktionsreaktion erforder­ liche Wärme hauptsächlich durch die Flamme des Brenners zuge­ führt. Gegebenenfalls können jedoch auch andere Erhitzungsmaß­ nahmen, wie ein Bogenerhitzen, Induktionserhitzen und Reak­ tionserhitzen von CO in dem geschmolzenen Bad zusätzlich zu dem Erhitzen mittels des Brenners eingesetzt werden.

Im folgenden werden erfindungsgemäße Arbeitsbeispiele erläu­ tert.

Beispiel 1A

In Fig. 1 zeigt das Bezugszeichen 10 den Ofenkörper. Auf die­ sem ist ein Sauerstoffbrenner 12 in einer solchen Position in­ stalliert, daß die Flamme nach unten gerichtet ist.

Wie in Fig. 2 gezeigt, weist der Sauerstoffbrenner 12 eine Dü­ se 14 für den Brennstoff in der Mitte der Kopfseite auf. Wei­ terhin ist eine Schlitzdüse 16, die diese zentrale Düse um­ gibt, für Primärsauerstoff vorgesehen. Weiterhin sind Düsen 20 für die Einspritzung von Teilchen an äußeren Orten und Düsen 18 für Sekundärsauerstoff weiter außen oder an den äußersten Umfangspositionen vorgesehen. Alle Düsen sind konzentrisch an­ geordnet.

Eisenerz mit der Zusammensetzung gemäß Tabelle 1 wurde zu ei­ nem solchen Pulver pulverisiert, daß der Anteil der feinen Teilchen unter 150 mesh 90% betrug. Die Teilchen wurden dem Sauerstoffbrenner 12 unter Verwendung von Luft als Trägergas zugeführt. Koksteilchen mit einem Durchmesser von 2-5 mm wur­ den zur gleichen Zeit dem Sauerstoffbrenner zugeführt, wobei ebenfalls Luft als Trägergas verwendet wurde.

Tabelle 1

Der Grund, warum derart große Koksteilchen mit 2-5 mm verwen­ det wurden, besteht darin, daß, wenn die Koksteilchen in die Flamme des Sauerstoffbrenners 12 eingespritzt werden, die Koksteilchen in der Flamme nicht vollständig ausbrennen und ein Hauptteil davon als Reduktionsmittel verwendet werden kann.

In den Sauerstoffbrenner 12 wurden Schweröl als Brennstoff und Sauerstoff O₂ zur gleichen Zeit zugeführt und durch die jewei­ ligen Düsen 14, 16 und 18 in den Ofen eingespritzt, so daß ei­ ne Hochtemperaturflamme in dem Ofen erzeugt wurde. Weiterhin wurde ein Gemisch aus Eisenerzpulver (pulverförmigem Erz) und Koksteilchen in die Flamme eingeführt, um das Eisenerzpulver zu schmelzen und die Reduktionsreaktion zu bewirken.

Die Mengen der zugeführten Materialien und Brennstoffe sind in Tabelle 2 zusammengestellt.

Tabelle 2

Die Mengen an zugeführtem Schweröl und Sauerstoff waren so, daß eine vollständige Verbrennung des Schweröls auftrat.

Vor dem obigen Vorgang wurden 400 kg CaO und 100 kg CaF₂ in den Ofen 10 eingegeben, und der Ofen wurde vor dem Einsatz 4 Stunden lang vorerhitzt. Luft als Trägergas für das Eisenerz­ pulver wurde mit einer Geschwindigkeit von 100 Nm³/Std. und Luft als Trägergas für den Koks mit einer Geschwindigkeit von 20 Nm³/Std. zugeführt. Während der Reduktionsreaktion wurde N₂ vom Ofenboden als Rührgas mit einer Geschwindigkeit von 15 Nm³/Std. eingeblasen.

Nach 1 Stunde des obigen Betriebs wurden die geschmolzene Schlacke und der geschmolzene Stahl gesondert abgestochen. Die Temperatur des geschmolzenen Stahls war 1540°C, und die Menge des erhaltenen Stahls war 1,66 t. Der Stahl enthielt 0,4% Kohlenstoff. Die gemessene Temperatur des Abgases betrug 1580°C. Andererseits war die Schlackenmenge 0,73 t. Die chemi­ sche Zusammensetzung wurde analysiert, und sie ist in der Ta­ belle 3 angegeben.

Tabelle 3

Auf der Basis der obigen Ergebnisse errechnet sich die prozen­ tuale Gewinnung von Fe aus Fe₂O₃ zu 94%.

Aufgrund der Massenbilanz des geschmolzenen Stahls fehlen 0,08 t Stahl. Diese Menge scheint in dem Staub und in den im Öfen 10 zurückgebliebenen Schlacken enthalten zu sein.

Beispiel 1B

Der oben beschriebene Vorgang wurde mit der Ausnahme wieder­ holt, daß die Mengen an Schweröl und Sauerstoff 850 Liter/Std bzw. 1500 m³/Std. betrugen, d. h., daß das Mengenverhältnis so war, daß das Schweröl nicht vollständig verbrannte. Auch die Mengen der zugeführten Koksteilchen wurden auf weniger als im obigen Beispiel oder 0,65 t/Std. vermindert.

Die Menge des am Schluß erhaltenen geschmolzenen Stahls betrug 1,69 t, wobei 0,07 t Stahl im Staub und der im Ofen 10 zurück­ gebliebenen Schlacke verlorengegangen waren.

Die chemische Zusammensetzung der Schlacke war wie folgt: Ge­ samt-Fe 2,0%, CaO 66%, SiO₂ 22%, Al₂O₃ 6% und MgO 2%.

Beispiel 2

In der in Fig. 3 dargestellten Anlage wurde Bogenofenstaub mit der chemischen Zusammensetzung gemäß Tabelle 4 geschmolzen und reduziert.

Tabelle 4

Die Teilchengröße des feinen Pulverstaubs ist in Tabelle 5 ge­ zeigt.

Tabelle 5

Bei diesem Beispiel wurden nach der Einbringung von 400 kg CaO und 100 kg CaF₂ und nach dem Vorerhitzen des Ofens 10 Schwer­ öl, O₂ und Bogenofenstaub unter den Bedingungen gemäß Tabelle 6 durch den Sauerstoffbrenner 12 in den Ofen 10 so einge­ spritzt, daß der Bogenofenstaub mit der Hochtemperaturflamme des Sauerstoffbrenners 12 geschmolzen wurde. Zur gleichen Zeit wurden Koksteilchen in das Zentrum des Ofens von der in der Wand des Ofens installierten Düse 22 eingeworfen. Auch wurde N₂-Gas vom Boden des Ofens eingeblasen, um das Schmelzbad zu rühren.

Tabelle 6

Die in diesem Beispiel verwendeten Koksteilchen hatten einen Durchmesser von 0,1-2 mm. Die Sauerstoffzufuhr erfolgte so, daß die Sauerstoffmenge 89% derjenigen betrug, die für die vollständige Verbrennung des Schweröls erforderlich war. Der Grund für die Verminderung der Sauerstoffzufuhr auf eine ge­ ringere Menge als die Menge, die zur vollständigen Verbrennung des Schweröls erforderlich war, ist wie folgt. Das in dem Staub in einer Menge von 18% enthaltene ZnO kann bei hoher Temperatur und in der CO-Gasatmosphäre leicht reduziert wer­ den.

Dies wurde durch die nachstehend beschriebenen Vorexperimente festgestellt.

Bei den Experimenten, bei denen nur ein Schmelzen erfolgte, ohne daß Kokspulver durch die Düse 22 eingegeben wurde, waren die Mengen von ZnO in der geschmolzenen Schlacke wie folgt:
Im Falle, daß die Menge an O₂ der Menge an Schweröl äquivalent ist: ZnO% = 9, und
im Falle, daß die Menge an O₂ 89% der Äquivalentmenge betrug: ZnO% = 2.

Die Werte zeigen, daß eine erhebliche Menge von ZnO in der CO-Atmosphäre der Flamme reduziert wird. Das hier reduzierte Zink liegt bei dieser Temperatur in der Dampfphase vor und wird mit dem Abgas ausgetragen. Es wird am Ort der Lufteinführung wie­ der oxidiert.

Somit ermöglicht es die Verminderung der Sauerstoffzuführung, die Reduktion von ZnO in der Flamme des Sauerstoffbrenners 12 zu beschleunigen. Als Ergebnis kann daher die Menge des Kok­ spulvers für die Reduktionsreaktion, die durch die Düse N₂ eingetragen wird, vermindert werden, und die Kosten können entsprechend gesenkt werden.

Der obige Vorgang wurde eine Stunde weitergeführt. Dann wurden die resultierende geschmolzene Schlacke und das geschmolzene Metall getrennt abgestochen. Die Temperatur des geschmolzenen Stahls betrug 1580°C, und die Menge des geschmolzenen Stahls betrug 1,18 t. Der Kohlenstoffgehalt in dem Stahl betrug 0,4%. Die Gehalte an ZnO und PbO betrugen jeweils bis zu 0,1%.

Die chemische Zusammensetzung der Schlacke ist in Tabelle 7 angegeben. Die Schlackenmenge betrug 1,02 t.

Tabelle 7

In diesem Beispiel wurde der Sekundärstaub, der mit dem Abgas des Ofens 10 mitgerissen worden war, dadurch gesammelt, daß das Gas durch einen Zyklonseparator 24 und sodann einen Beutelfilter 26 geleitet wurde. Der Grund, warum der Sekundär­ staub durch den Zyklonseparator 24 geleitet wurde, bestand darin, grobe Teilchen in dem Staub abzufangen, so daß das ZnO, das in Form eines feinen Pulvers vorliegt, in dem Beutelfilter 26 konzentriert werden kann. Die Zinkkonzentration in dem in dem Beutelfilter 26 gesammelten Sekundärstaub betrug 58%. Es konnte als wiedergewonnenes ZnO verwendet werden.

Beispiel 3

Chromerz mit der chemischen Zusammensetzung gemäß Tabelle 8 wurde zu einem Pulver pulverisiert, dessen Anteil an feineren Teilchen als 200 mesh 92% betrug.

Tabelle 8

In die in Fig. 4 dargestellte Anlage wurden nach dem Eingeben von 600 kg CaO und 150 kg CaF₂ und nach dem Vorerhitzen des Ofens Chromerzteilchen durch den Sauerstoffbrenner 12 einge­ spritzt, um diese bei den Bedingungen gemäß Tabelle 9 aufzu­ schmelzen. Kokspulver wurde ebenfalls durch die Düse 22 in der Ofenwand in die Mitte des Ofens eingeworfen. Zur gleichen Zeit wurde N₂-Gas vom Boden des Ofens einperlen gelassen, um das geschmolzene Bad zu rühren.

Tabelle 9

Der pulverförmige Koks hatte einen Durchmesser von 0,1-2 mm. Das Beschickungsverhältnis von Schweröl zu O₂ war so, daß das Schweröl vollständig verbrannte.

Der obige Betrieb wurde eine Stunde lang weitergeführt, um das pulverförmige Erz zu schmelzen und zu reduzieren. Danach wur­ den die geschmolzene Schlacke und das geschmolzene Metall ge­ trennt abgestochen. Die Temperatur des geschmolzenen Metalls betrug 1580°C. Die Menge des geschmolzenen Metalls betrug 1,15 t. Die chemische Zusammensetzung des Metalls ist in Tabelle 10 angegeben.

Tabelle 10

Die Menge der Schlacke betrug 1,44 t. Die chemische Zusammen­ setzung ist in Tabelle 11 angegeben. Die Temperatur des Abga­ ses war 1510°C.

Tabelle 11

Beispiel 4

In der in Fig. 5 dargestellten Anlage wurden nach dem Eingeben von 600 kg CaO und 150 kg CaF₂ und nach dem Vorerhitzen 10,5 t geschmolzener Stahl mit der chemischen Zusammensetzung gemäß Tabelle 12 in den Ofen 10 eingeben.

Tabelle 12

Zu dem geschmolzenen Stahl wurde Chromerz mit der chemischen Zusammensetzung gemäß Tabelle 13 gegeben.

Tabelle 13

Das Erz wurde zu einem solchen feinen Pulver pulverisiert, daß 92% durch ein 200 mesh-Sieb hindurchgingen. Das Pulver wurde durch den Sauerstoffbrenner 12 in den Ofen eingespritzt, um es bei den Bedingungen gemäß Tabelle 14 aufzuschmelzen.

Tabelle 14

Zur gleichen Zeit wurde N₂-Gas vom Ofenboden einperlen gelas­ sen, um das Schmelzbad zu rühren. Die Temperatur des geschmol­ zenen Stahls gerade vor dem Einspritzen und dem Schmelzen des Chromerzes betrug 1480°C.

Der obige Vorgang wurde eine Stunde lang weitergeführt, um das Chromerz zu schmelzen und zu reduzieren. Danach wurden die ge­ schmolzene Schlacke und das geschmolzene Metall getrennt abge­ stochen.

Die chemische Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls (Stahl) ist in Tabelle 15 angegeben. Die Menge des geschmolze­ nen Metalls betrug 11,7 t. Die Temperatur des geschmolzenen Metalls betrug 1560°C.

Tabelle 15

Die Menge der Schlacke betrug etwa 1,9 t. Die chemische Zusam­ mensetzung ist in Tabelle 16 angegeben.

Tabelle 16

In diesem Beispiel wurde, ausgehend von den Mengen und Zusam­ mensetzungen des eingegebenen geschmolzenen Stahls und den ausgetragenen Mengen, festgestellt, daß bei Verwendung von C in dem geschmolzenen Stahl als Reduktionsmittel 1,2 t ge­ schmolzenes Metall erhalten wurden.

Gemäß einer modifizierten Ausführungsform dieses Beispiels, bei der kohlenstoffhaltiges Material in das Schlackenbad, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 5 angegeben, eingeblasen wurde, d. h. unter Zufuhr des Reduktionsmittels, wurde kontinu­ ierlich Metall in reduziertem Zustand erhalten. Bei diesen Ausführungsformen wurde Kohlepulver als kohlenstoffhaltiges Material verwendet. Verglichen mit dem Fall, daß Kohlepulver in das geschmolzene Schlackenbad eingeblasen wurde und zu dem Fall, daß dieses auf die Schlackenoberfläche aufgeblasen wur­ de, wurde festgestellt, daß der erstgenannte Fall eine erheb­ lich bessere prozentuale Reduktion der Schlacke ergab.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung eines Metalls aus einem Me­ talloxid, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid in Teilchenform in eine Hochtemperaturflamme eines Brenners in einem Ofenreaktor eingeführt wird, um die Metal­ loxidteilchen zu erhitzen und zu schmelzen, daß gleichfalls ein Reduktionsmittel in den Ofenreaktor eingeführt wird, um eine Reduktionsreaktion des Metalloxids zu bewirken, und daß das resultierende Metall in reduziertem Zustand gewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Eisenoxid als Metalloxid verwendet wird und daß durch die Reduktionsreaktion metallisches Eisen erhalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Eisenerz als Eisenoxid verwendet wird, welches pulverisiert wird, bevor es in die Hochtemperaturflam­ me des Brenners eingeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Eisenoxid Abfallstaub der Stahl­ herstellung verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Chromerz als Metalloxid verwendet wird, welches vor dem Einführen in die Hochtemperaturflamme des Brenners pulverisiert wird und daß metallisches Chrom durch die Reduktionsreaktion erhalten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Brenner ein Sauerstoffbrenner oder ein Brenner mit an Sauerstoff angerei­ chertem Gas ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen des Metall­ oxids in der Weise zugeführt werden, daß sie von den Düsen des Brenners in die Hochtemperaturflamme entlang der Achse der Flamme zum Erhitzen und Schmelzen eingespritzt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel in Form von Teilchen verwendet wird, die eine derartige Größe ha­ ben, daß sie in der Hochtemperaturflamme nicht vollständig verbrennen und daß die Teilchen von Düsen des Brenners in die Hochtemperaturflamme eingeführt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall­ oxid, das von dem Erhitzen herrührt und das das Reduktionsmit­ tel erhält, in den Ofenreaktor zur Vervollständigung der Re­ duktionsreaktion eingebracht wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel in der Weise eingeführt bzw. aufgebracht wird, daß es mit einem Trägergas auf das geschmolzene Metalloxid aufprallen gelassen wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Brenn­ stoffs zu dem dem Brenner zugeführten Sauerstoff so einge­ stellt wird, daß die Sauerstoffmenge zur vollständigen Ver­ brennung des Brennstoffs nicht ausreichend ist, um eine redu­ zierende Flamme mit hohem CO-Gehalt zu bilden, damit die Re­ duktionsreaktion unter der reduzierenden Atmosphäre beschleu­ nigt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktionsreaktion durch Einblasen eines Rührgases in das geschmolzene Metalloxid in dem Ofenreaktor beschleunigt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein reduzierendes Gas wie CH₄, H₂ und CO als Rührgas verwendet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Reduktionsreaktion erforderliche Hitze durch andere Erhitzungsmaßnahmen als durch den Brenner wie Bogenerhitzen, Induktionserhitzen und Reak­ tionserhitzen von CO in dem geschmolzenen Bad ergänzt wird.