DE202005021267U1

DE202005021267U1 - Agglomeratstein zum Einsatz in Schacht-, Corex- oder Hochöfen

Info

Publication number: DE202005021267U1
Application number: DE202005021267U
Authority: DE
Original assignee: ThyssenKrupp Steel AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2015-12-23
Also published as: DE202005021267U9; DE102005062036A1

Abstract

Agglomeratstein zum Einsatz in Schacht-, Corex- oder Hochöfen, der (in Gew.-%)
– 6–15 % eines Zement-Bindemittels,
– 0,05–2 % organische Fasern,
– bis zu 20 % eines Kohlenstoff-Trägers,
– bis zu 20 % an Rest- und Kreislaufstoffen,
– wahlweise bis zu 10 % an einem Erstarrungs- und Verfestigungsbeschleuniger, und
– als Rest Eisenerz in Form von feinen und/oder feinsten Partikeln enthält.

Description

Die Erfindung betrifft einen Agglomeratstein zum Einsatz in Schacht-, Corex- oder Hochöfen und die Verwendung von Eisenerz-Fein- und -Feinststäuben.
Bei der Gewinnung, Aufbereitung, Vorbereitung und Verarbeitung von Erzen fallen eisenhaltige Stäube in großen Mengen an. Um auch diese Stäube für die Metallerzeugung nutzen zu können, müssen sie in eine stückige Form gebracht werden. Dieses Erfordernis besteht insbesondere dann, wenn die Stäube in feinster und feiner Körnung von bis maximal 3 mm vorliegen.
Übliche Verfahren für das Stückigmachen von im Bereich der Verhüttung eingesetzten Stäuben sind das Sintern und das Pelletieren. Beim Sintern von Erzstäuben wird üblicherweise eine Mischung aus angefeuchtetem Feinerz zusammen mit Koksgrus oder einem anderen Kohlenstoffträger und Zuschlägen an Kalkstein, Branntkalk, Olivin oder Dolomit auf einen umlaufenden Rost, das so genannte "Sinterband", gegeben und von oben gezündet. Der in der Mischung enthaltene Kohlenstoff verbrennt mit Hilfe der durch das Sinterband gezogenen Luft und bewirkt so ein Zusammenbacken der Erzkörner. Bei Erreichen des Endes des Sinterbandes ist auf diese Weise die auf dem Band befindliche Schicht vollständig gesintert. Das so verfestigte Eisenerz wird gebrochen, im noch glühenden Zustand gesiebt und einem Kühler zugeführt. In dem Kühler wird es so schonend gekühlt, dass seine Festigkeit nicht beeinträchtigt wird. Der nach einem weiteren Absieben der Feinbestandteile der abgekühlten Sintermischung erhaltene Sinter ist aufgrund seiner großen Gasdurchlässigkeit und guten Reduzierbarkeit für den direkten Einsatz im Hochofen geeignet.
Beispiele für Sinterverfahren der voranstehend angegebenen Art sind in der DE 197 12 025 C1 und der DE 197 12 042 C1 gegeben. Gemäß diesen Verfahren wird ein Agglomerat, das einen Anteil von mehr als 90 Masse-% an einem metall- oder metalloxidhaltigen Feingut umfasst, zu Blöcken geformt, die dann in einem geeigneten Brennaggregat gesintert werden. Dabei können dem Agglomerat 2–10 Masse-% tonmineralhaltige Rohstoffe zugegeben werden, um bei geringem Anteil an Zuschlagstoffen eine plasto-viskose Masse zu schaffen, die sich gut für das Formen der Blöcke eignet.
Allerdings lassen sich in der Praxis durch bekannte Sinterverfahren auf wirtschaftliche Weise in der Regel nur Erzstäube in eine stückige Form bringen, die Körnungen von 2 mm und mehr aufweisen.
Erzstäube mit deutlich geringerer Körnung können durch Pelletieren für die Metallgewinnung nutzbar gemacht werden. Beim Pelletieren werden Feinsterze und Konzentrate mit Korngrößen weit unter 1 mm zu kleinen Kugeln geformt, deren Durchmesser bei üblicher Vorgehensweise 10–15 mm beträgt. Zu diesem Zweck wird der Erzstaub angefeuchtet und mit bis zu 10 Gew.-% eines beispielsweise einem aus Hochofenschlacke und Zement bestehenden Bindemittels vermengt. In Drehtrommeln oder auf Drehtellern werden aus dieser Mischung dann die so genannten "Grünpellets". Die erhaltenen, noch feuchten Grünpellets werden getrocknet und bei Temperaturen von mehr als 1000 °C in einem Schachtofen, Drehrohrofen oder auf einem Wanderrost gebrannt. Eine detaillierte Darstellung des Standes der Technik im Bereich der Pelletierung von metalloxidhaltigen feingekörnten Stäuben findet sich in der DE 33 07 175 A1 oder der US 4,239,530 .
Bei den durch Pelletieren erzeugten Pellets kann eine im Vergleich zu Stückerzen gleichmäßige Körnung, eine konstante Qualität und eine gute Durchgasung bei der Reduktion garantiert werden. Allerdings besteht die Gefahr, dass die Pellets bei ihrer Reduktion zusammenbacken oder ihre Form verlieren mit der Folge, dass die Reduktion nicht mit dem angestrebten Erfolg durchgeführt werden kann. Neben dem aufwändigen und kostenträchtigen Weg ihrer Herstellung lassen sich daher Pellets nur im beschränkten Umfang einsetzen.
Ein weiteres Verfahren, in feinkörniger Form vorliegendes Eisenoxid für die Roheisenerzeugung zu nutzen, ist in dem von Michael Peters et al. verfassten Vortrag "Oxygen Cupola for recycling waste oxides from an integrated steel plant", am 17. Juni 2003 auf der 3^rd International Conference on Science and Technology of Steel Making METEC Congress 03 in Düsseldorf, Deutschland, vorgestellt und im Artikel "A new process for recycling steelplant wastes" von Christian Bartels-von Varnbueler beschrieben worden, der unter der URL
"http://briket.ru/eng/related_articles.shmtl" im Internet zu finden ist. Mit diesem bekannten Verfahren, das auch unter der Bezeichnung "OxiCup-Verfahren" bekannt ist, ist es möglich, Eisenoxid-Rückstände, die als Rest- oder Kreislaufstoffe in Form von Filterstäuben bei der Roheisenproduktion in großen Mengen anfallen, mit großem wirtschaftlichen Nutzen als Recycling-Material in den Erschmelzungsprozess zurückzuführen. Dazu werden die in fein- bis feinstkörniger Form vorliegenden Rückstände (Eisenoxid-Stäube) der Eisenerzeugung mit einem Kohlenstoffträger, wie Koksgrus, mit Wasser und mit einem als Bindemittel wirkenden Zement vermischt. Aus der Mischung werden Blöcke geformt, die eine sechseckige Grundfläche besitzen.
Nach dem Trocknen sind die so erhaltenen Blöcke einerseits so gut schütt- und fließfähig, so dass sie problemlos in den zur Eisenerzeugung eingesetzten OxiCup-Ofen gegeben werden können. Andererseits sind sie so stabil und fest, dass sie auch den in dem Ofen aufgrund der auf ihnen lastenden Materialsäule nachrückenden Materials entstehenden Belastungen widerstehen können.
Beim Absinken von der hoch gelegenen Einfüllposition in Richtung der heißen Zone des OxiCup-Ofens werden die Blöcke dann auf eine über 1000 °C liegende Temperatur erwärmt. Der in den Blöcken jeweils enthaltene Kohlenstoff-Träger wird dabei in CO-Gas umgewandelt, das eine direkte Reduktion des Eisenoxidanteils der Blöcke bewirkt. Der OxiCup-Prozess stellt so eine wirtschaftliche Methode zur Wiederverwendung von bei der Eisenproduktion anfallenden Stäuben zur Verfügung.
In der DE 196 02 486 C1 ist des Weiteren vorgeschlagen worden, pulverförmig vorliegende Siliziumabfallstoffe für eine eisenmetallurgische Verwendung nutzbar zu machen, indem aus (bezogen auf das Trockengewicht) 1–10 % Kartonmasse, 5–40 % hydraulischem Zement, bis zu 20 % metallischen Bestandteilen und als Rest den siliziumhaltigen Abfallstoffen Briketts geformt werden. Der Vorteil der Beimengung der Kartonmasse zu den anderen Bestandteilen wird dabei darin gesehen, dass der Anteil an Kartonmasse den Briketts eine gute Grundfestigkeit schon dann verleiht, wenn der Zement noch nicht ausgehärtet ist, so dass die gerade erst ausgeformten Briketts bereits gut handhabbar und für den ihnen zugedachten Zweck verwendbar sind.
Neben diesem Stand der Technik ist aus der US 2,865,731 ein Agglomeratstein bekannt, der aus organischen, als Bindemittel wirkenden Fasern, wie beispielsweise Holz oder Papier, und Eisenerz besteht, das in Form von Feinstpartikeln aus Hochofenstäuben vorliegt. Dabei kann der Anteil der organischen Fasern an den bekannten Fasern bis zu 75 Masse-% betragen. Durch diese Maßnahme sollen die Nachteile einer Verwendung von anorganischen Bindemitteln umgangen werden. Allerdings muss dazu in Kauf genommen werden, dass die derart zusammengesetzten Steine beim Hochofeneinsatz aufgrund ihrer hohen Dichte nur eine unzureichende Durchgasung erlauben.
Unabhängig davon, ob die Agglomeratsteine durch Sintern, Pelletieren, nach dem "OxiCup-Verfahren" oder in der in der DE 196 02 486 C1 hergestellt worden sind, ergibt sich bei solchen Agglomeratsteinen, die basierend auf feinen oder feinsten Erzstäuben hergestellt sind, in der Praxis das Problem, dass die Steine bei einem plötzlichen Temperaturwechsel, wie er beim Einsatz im Ofen auftreten kann, zerplatzen oder reißen. Die dabei entstehenden Bruchstücke und feinen Stäube sind unerwünscht, da sie den Ofengang durch Erniedrigung der Durchgasbarkeit nachteilig beeinflussen.
Ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, auf feinen Erzpartikeln, feinsten Erzpartikeln oder einem Gemisch aus feinen und feinsten Erzpartikeln basierende Agglomeratsteine zu schaffen, bei denen das Risiko einer Beschädigung oder Zerstörung in Folge eines raschen Temperaturwechsels auf ein Minimum reduziert ist.
Diese Aufgabe ist durch einen Agglomeratstein zum Einsatz in Schacht-, Corex- oder Hochöfen, der (in Gew.-%) 6–15 % eines Zement-Bindemittels, 0,05 %–2 %, insbesondere mindestens 0,1 % organische Fasern, bis zu 20 % eines Kohlenstoff-Trägers, bis zu 20 % an Rest- und Kreislaufstoffen, wahlweise bis zu 10 % an einem Erstarrungs- und Verfestigungsbeschleuniger, und als Rest Eisenerz in Form von feinen und/oder feinsten Partikeln enthält.
Der Erfindung liegt die Feststellung zu Grunde, dass durch Einbringen von Fasern aus organischem Material in das Material der erfindungsgemäß beschaffenen Agglomeratsteine das Zerplatzen der Steine wirksam verhindert werden kann. So haben praktische Versuche gezeigt, dass in erfindungsgemäßer Weise mit Fasern versetzte Steine bei Temperaturwechsel von RT auf beispielsweise 900° nicht zerplatzen und auch keine Risse zeigen. Während des Aufheizens bilden sich an den Fasern Kanäle, über die der im Zuge des Aufheizens in den Agglomeratsteinen entstehende Wasserdampf entweichen kann. Der Aufbau hoher Dampfdrücke während der Aufheizphase wird auf diese Weise sicher verhindert.
Durch das bei Überschreiten einer bestimmten Erwärmungstemperatur von beispielsweise 400 °C einsetzende Ausbrennen der Fasern stellt sich zudem eine gegenüber dem Ausgangszustand deutlich erhöhte Porosität der Agglomeratsteine ein. Diese in Form von Kanälen und Löchern ausgebildeten Durchdringungen der Agglomeratsteine ermöglichen eine besonders gute Durchgasung, wodurch eine besonders gute Effektivität der Reduktion der Eisenoxide im Zuge des Hochofenprozesses gewährleistet ist.
Besonders überraschend hat sich bei den von den Erfindern durchgeführten Versuchen herausgestellt, dass die durch die erfindungsgemäß Zugabe von organischen Fasern zum Material der Agglomeratsteine erzielten Erfolge sich schon bei sehr geringen Anteilen von Fasern an der Gesamtmasse einstellen. Auf diese Weise ist nicht nur sichergestellt, dass die erfindungsgemäßen Agglomeratsteine ihre Form und Festigkeit auch im Hochofeneinsatz behalten, sondern es ist auch die pro Stein in den Ofen eingebrachte Materialmenge optimiert. Besonders sicher wird dies dadurch erreicht, dass bei einem erfindungsgemäßen Agglomeratstein der Anteil an organischen Fasern höchstens 2 Gew.-%, insbesondere höchstens 0,2 Gew.-%, beträgt.
Eine besonders gute Durchgasbarkeit während des Hochofenprozesses bei gleichzeitig optimierter Festigkeit und Materialausnutzung stellt sich dann ein, wenn die erfindungsgemäße Zugabe von organischen Fasern so vorgenommen wird, dass der Anteil der Porosität am Volumen eines erfindungsgemäßen Agglomeratsteins nach dem Ausbrennen der organischen Fasern mindestens 20 % Vol.-%, insbesondere 30 Vol.-% beträgt, wobei diesen Angaben die Bestimmung der offenen Porosität gemäß DIN EN 993-1 zugrunde liegt. Praktische Versuche haben in diesem Zusammenhang ergeben, dass eine Beschränkung der Porosität auf maximal 60 %, insbesondere 50 %, im Hinblick auf das Druckaufnahmevermögen und die Stabilität erfindungsgemäßer Agglomeratsteine vorteilhaft ist.
Als Grundstoff für die erfindungsgemäß verwendeten Fasern eignen sich sämtliche Papier oder auf Papier basierenden Produkte. Genauso lassen sich aus Kunststoffen, wie Polyethylen, bestehende fasrigen organischen Materialien verwenden. Dies gilt insbesondere dann, wenn diese Kunststoffmaterialien die Elemente C, H, N, O enthalten. Eine besonders kostengünstige und gleichzeitig umweltschonende Variante der Erfindung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass es sich bei den erfindungsgemäß verwendeten Fasern um Recyclingprodukte handelt.
Die erfindungsgemäß verwendeten Fasern sollen sich bei Temperatureinwirkung zersetzen und Porenkanäle bilden. Die Zersetzung soll möglichst unterhalb von 500 °C einsetzen. Dabei können in Abhängigkeit von den jeweils verwendeten Fasern gasförmige Zersetzungsprodukte, wie Kohlenwasserstoffe, Co, CO2, H2 und H2O entstehen. Als fester Rückstand kann Kohlenstoff verbleiben. Besonders geeignete Fasermaterialien sind Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylacetat (PVA), Polyvinylalkohol (PVAL), Polyvinylether (PVE) und Polystyrol (PS) sowie Fasern auf Basis von Polysachariden, insbesondere Cellulose (z.B. gewonnen aus Altpapier).
Eine für die Zwecke der Erfindung ausreichende Wirkung der Fasern lässt sich besonders zuverlässig gewährleisten, wenn die erfindungsgemäß verwendeten Fasern eine Mindestlänge von 1–30 mm und/oder einen Durchmesser von 10–1000 μm besitzen.
Ein weiterer, in der Praxis besonders bedeutsamer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass sich erfindungsgemäße Agglomeratsteine besonders gut unter Verwendung von im Steinformat vorliegendem Eisenerz herstellen lassen, das in einer Körnung von weniger als 3 mm vorliegt. Im Steinformat vorliegende Eisenerze enthalten im Wesentlichen kein metallisches Eisen, sondern nur reines Eisenoxid, das mit wenig Gangart verunreinigt sein kann. Deshalb haben erfindungsgemäße, unter Verwendung von im Steinformat vorliegendem Eisenerz erzeugte Agglomeratsteine grundsätzlich andere Eigenschaften als die im Stand der Technik bisher aus Rest- und Kreislaufstoffen erzeugten Reststoffsteine. Dabei fallen Erzfein- und -feinststäube dieser Art bei der Gewinnung und Aufbereitung von Eisenerz im Bereich der Lagerstätte in große Mengen an. Die Lagerung und Entsorgung dieser Stäube stellt ein erhebliches Problem dar, da der hohe, mit dem Sintern oder Pelletieren dieser Stäube einhergehende Aufwand eine wirtschaftliche Nutzung erschwert. Dies führt zu erheblichen Problemen bei der Entsorgung der Erzfein- und -feinststäube am Ort der Erzgewinnung oder -aufbereitung. Die Erfindung stellt nun eine Möglichkeit zur Verfügung, auch solche Stäube wirtschaftlich für die Eisengewinnung zu verwenden. Praktische Versuche haben gezeigt, dass erfindungsgemäße Agglomeratsteine die wirtschaftliche Nutzung von Eisenerzstäuben über die gesamte Breite der denkbaren Körnungen bis 3 mm ermöglichen. So lassen sich Stäube mit einer Körnung von bis zu 1 mm ebenso problemlos verarbeiten und effektiv nutzen wie Eisenerzstäube mit einer Körnung von bis zu 500 μm, die im Bereich bestimmter Lagerstätten typischer Weise auftreten. Auch solche Erzstäube, die mit Korngrößen im Bereich von 5–30 μm bei der Pelletierung von Eisenerzen anfallen, so genannter "Pellet Feed", lassen sich dadurch noch verwenden, dass aus ihnen erfindungsgemäße Agglomeratsteine hergestellt werden. Untersuchungen zeigen zudem, dass selbst in wässriger Lösung aufgefangene, bei der Herstellung von Erz-Konzentraten anfallende Stäube mit Körngrößen von bis zu 7 μm gewinnbringend zur Eisenerzeugung genutzt werden können, wenn aus ihnen erfindungsgemäße Agglomeratsteine geformt werden.
Die in erfindungsgemäßen Agglomeratsteinen in feiner oder feinster Körnung enthaltenen Eisenerze liegen bevorzugt in hämatitischer (Fe₂O₃), magnetitischer (Fe₃O₄) und/oder wüstitischer (FeO) Modifikation vor, deren Körnungsdurchmesser ebenso bevorzugt weniger als 0,1 mm beträgt.
Besonders hervorzuheben ist hier, dass die Erfindung es ermöglicht, auch schlecht sinter- oder pelletierbare eisenhaltige Materialien der Roheisengewinnung zuzuführen. Dementsprechend kann Eisenerz in Form von Geothit (FeO(OH)) für die Herstellung erfindungsgemäßer Agglomeratsteine verwertet werden. Dies gilt selbst dann, wenn das Geothit mit einer Körnung von bis zu 2 mm vorliegt, wobei sich insbesondere auch Körnungen, die deutlich kleiner als 2 mm sind, einsetzen lassen.
Um eine möglichst effektive Nutzung bei der Roheisengewinnung zu gewährleisten, sollte bei einem erfindungemäßen Agglomeratstein der Gehalt an Eisen mindestens 40 Gew.-% betragen.
Insbesondere im Hinblick auf die Verarbeitung von Erzfein- und -feinstäuben der im voranstehenden Absatz erwähnten Art besonders günstig ist es, wenn die Zusammensetzung eines erfindungsgemäßen Agglomeratsteins so beschaffen ist, dass er nach drei Tagen eine Frühfestigkeit von mindestens 5 N/mm² und nach 28 Tagen eine Kaltdruckfestigkeit von mindestens 20 N/mm² besitzt. Die Endfestigkeit der erfindungsgemäßen Agglomeratsteine ist in diesem Fall so hoch, dass sie den beim Einsatz im jeweiligen Ofen auftretenden Belastungen sicher standhalten. Da erfindungsgemäße Agglomeratsteine deutlich größer sein können als beispielsweise durch Pelletieren oder Sintern erzeugte Agglomerate, sind sie zum Einsatz in großen Öfen, wie Schacht-, Corex- oder Hochöfen geeignet und stellen dort die verbesserte Durchgasung bei der Reduktion sicher. So kann für erfindungsgemäße Agglomeratsteine im fertigen Zustand eine hohe Druckbelastbarkeit von mindestens 20 N/mm² und eine Mindestheißdruckfestigkeit von 10 N/mm² gewährleistet werden, so dass die Steine beispielsweise dem Druck der Schüttsäule im Hochofen sicher widerstehen können. Gleichzeitig reicht die bei dieser Ausgestaltung erfindungsgemäß vorgegebene Frühfestigkeit der Agglomeratsteine dazu aus, dass sie sich bereits kurze Zeit nach ihrer Herstellung transportieren lassen. Dies ermöglicht es beispielsweise, die erfindungsgemäßen Agglomeratsteine bald nach ihrer Formung in einem Trocknungsraum zu stapeln, in dem sie dann besonders effektiv getrocknet werden können.
Die Erfindung nutzt den an sich bereits bekannten Gedanken, den zu verwertenden, im Steinform vorliegenden Eisenstaub ohne besondere Wärmebehandlung mit Hilfe eines Zementes kalt zu binden. Neben der bereits erwähnten Nutzung von nur schwer sinter- oder pelletierbaren Eisenstäuben ermöglicht es die Zement-Bindung darüber hinaus, während der Roheisenerzeugung über den jeweiligen Zementanteil des Agglomeratsteins die Schlackenführung, insbesondere deren Anteile an MgO, CaO, SiO₂, Al₂O₃, zu variieren.
Als Zement-Bindemittel lässt sich Portlandzement oder Hüttenzement einsetzen, die kostengünstig erhältlich sind. Das betreffende Bindemittel wird mit dem Eisenerzstaub als hydraulische Zementphase vermengt. Besonders gute Gebrauchseigenschaften bei gleichzeitig optimierter Ressourcenschonung stellen sich dabei dann ein, wenn erfindungsgemäße Agglomeratsteine 6–15 Gew.-% an Zement-Binder enthalten.
Erfindungsgemäße Agglomeratsteine lassen sich auf an sich bekannten Steinfertigungsmaschinen herstellen, wie sie beispielsweise für die Produktion von Pflastersteinen eingesetzt werden. Derartige Steinfertigungsmaschinen ermöglichen eine besonders kostengünstige Herstellung und tragen mit dazu bei, dass die erfindungsgemäßen Agglomeratsteine zu einem besonders günstigen, die Wirtschaftlichkeit ihres Einsatzes weiter steigernden Preis hergestellt werden können.
Aufwändige Wärmebehandlungen, wie sie beispielsweise beim Sintern oder Pelletieren erforderlich sind, sind für die Herstellung der erfindungsgemäßen Steine nicht erforderlich. So werden beispielsweise die beim Sintern unvermeidbaren Röstgase eingespart und eine deutliche Entlastung der Umwelt erreicht.
Sofern dies aus produktionstechnischer Sicht beispielsweise für das Einhalten bestimmter Taktzeiten sinnvoll ist, kann erfindungsgemäßer Agglomeratstein neben dem Zement-Bindemittel wahlweise auch einen Erstarrungs- und Verfestigungsbeschleuniger, wie Wasserglas, Tonerdzement, Calciumchlorid, ein Alkali-Salz, insbesondere ein Na-Salz, oder ein Cellulose-Klebstoff, wie Kleister, enthalten.
Die erfindungsgemäß in Staubform verarbeiteten Erzsteine können sowohl direkt-reduzierend mit einem Reduziermittel (Kohlenstoff-Träger) als auch ohne Reduktionsmittel eingesetzt werden. Ist ein Reduktionsmittel vorhanden, so soll der maximale Gehalt des Agglomeratsteins an dem Kohlenstoff-Träger nicht mehr als 20 Gew.-% betragen. Eine optimale Anpassung des Anteils an den Gewichtsanteil des Eisens wird in diesem Fall dann erreicht, wenn der Agglomeratstein 8–15 Gew.-% an dem Kohlenstoff-Träger enthält. Ist jedoch der Anteil an flüchtigen Komponenten in einem erfindungsgemäßen Agglomeratstein hoch, so kann durch erhöhte Gehalte an der C-Trägerkomponente die andernfalls erniedrigte Reduktionsfähigkeit ausgeglichen werden.
Als Kohlenstoff-Träger sind grundsätzlich alle Materialien mit reduktionsfähigem freien Kohlenstoff geeignet. So kommen Koksstaub, Koksgrus oder Anthrazitkohle in Frage. Die Körnung des Kohlenstoff-Trägers beträgt bevorzugt bis zu 2 mm. C-Träger mit einer derartigen Körnung sind besonders kostengünstig erhältlich und lassen sich bei der Eisengewinnung sonst nur schwer nutzen.
Erfindungsgemäße Agglomeratsteine können eine zylindrische, quaderförmige oder vieleckige Form besitzen, um einerseits eine ausreichende Stabilität und andererseits nach dem Einfüllen in den Ofen sicherzustellen, dass zwischen ihnen für die Durchgasung der Schüttung ausreichende Abstände entstehen. Insbesondere dann, wenn die Agglomeratsteine eine Blockform mit einer mehreckigen, insbesondere sechseckigen Grundfläche aufweisen, wird die formgebende Fläche optimal genutzt.
Als "Grünkörper", d.h. nach seiner Formgebung im noch feuchten Zustand, sollte der Wassergehalt des erfindungsgemäßen Agglomeratsteins weniger als 25 % betragen, um die Herstellung von erdfeucht-krümmeligen Grünkörpern gegenüber der Verarbeitung von Massen mit höherem Feuchtigkeitsgehalt zu vereinfachen. Zudem wird durch diese Begrenzung des Wassergehalts der Grünkörper vermieden, dass überflüssiges Wasser im Ofen mit hohem Energieaufwand ausgetrieben werden muss.
Überraschend hat sich gezeigt, dass erfindungsgemäße Agglomeratsteine bei der Reduktion während eines standardisierten RuL-Testes ("RuL" = Reduction under Load) einen Reduktionsgrad von mindestens 80 %, insbesondere bis zu 100 %, erreichen (Reduktionsgrad [%] = (Fe_met/Fe_ges) 100 %).
Indem die Erfindung die Verwendung von im Steinformat vorliegenden Fein- und Feinsterz mit einer Körnung von bis zu 3 mm zur Herstellung von Agglomeratsteinen vorschlägt, lassen sich auch solche Erzsteinstäube für die Roheisenerzeugung nutzen, die bisher nur schwer oder nicht wirtschaftlich für diesen Zweck eingesetzt werden können.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Möglichkeit, Fasern zu nutzen, wie sie die durch das Recycling von organischem Papier oder Kunststoffmaterialen gewonnen werden.
Zum Nachweis der Wirkung der Erfindung sind aus einer (in Gew.-%) 0,2 % PP-Fasern, 12 % Portlandzement, 13 % Koksstaub und als Rest 74,8 % in Form von Pellet-Feed vorliegendem feinstkörnigen Eisenerzstaub (Korngröße 5–30 μm) gebildeten ersten Masse erfindungsgemäße Agglomeratsteine geformt worden.
Aus einer zweiten Masse, die anstelle der in der ersten Masse enthaltenen PP-Fasern (in Gew.-%) einen Anteil von 0,2 % Papierfasern und im Übrigen wie die erste Masse 12 % Portlandzement, 13 % Koksstaub und als Rest 74,8 % in Form von Pellet-Feed vorliegendem feinstkörnigen Eisenerzstaub (Korngröße 5–30 μm) enthielt, sind ebenfalls erfindungsgemäße Agglomeratsteine geformt worden.
Schließlich sind aus einer dritten, keine Fasern enthaltenden, aus 12 % Portlandzement, 13 % Koksstaub, Rest Eisenerz in Pellet-Feed-Form bestehenden Masse Vergleichs-Agglomeratsteine gefertigt worden.
Nach Erreichen der Endfestigkeit sind sämtliche Agglomeratsteine in einen auf eine Temperatur von 800 °C vorgeheizten Ofen gesetzt worden. Alle erfindungsgemäßen Agglomeratsteine hielten dem damit einhergehenden plötzlichen Temperaturwechsel von Raumtemperatur auf 800 °C stand, während die Vergleichs-Agglomeratsteine Risse zeigten und zerplatzten.
Nach dem innerhalb von einer Stunde bei der Temperatur von 800 °C abgeschlossen Ausbrennen der Fasern wiesen die erfindungsgemäßen, aus der PP-Faser enthaltenden Masse geformten Agglomeratsteine eine Porosität von 46,5 % bei einer Rohdichte von 1,86 g/cm³ und die aus der die Papierfasern enthaltenden Masse geformten erfindungsgemäßen Agglomeratsteine eine Porosität von 42,3 % bei einer Rohdichte von 1,98 g/cm³ auf.

Claims

Agglomeratstein zum Einsatz in Schacht-, Corex- oder Hochöfen, der (in Gew.-%) – 6–15 % eines Zement-Bindemittels, – 0,05–2 % organische Fasern, – bis zu 20 % eines Kohlenstoff-Trägers, – bis zu 20 % an Rest- und Kreislaufstoffen, – wahlweise bis zu 10 % an einem Erstarrungs- und Verfestigungsbeschleuniger, und – als Rest Eisenerz in Form von feinen und/oder feinsten Partikeln enthält.
Agglomeratstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sein Anteil an organischen Fasern mindestens 0,1 Gew.-% beträgt.
Agglomeratstein nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass seine Porosität nach dem Ausbrennen der organischen Fasern mindestens 20 Vol.-%, insbesondere mindestens 30 Vol.-%, beträgt.
Agglomeratstein nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Fasern aus Papier oder einem Papierprodukt bestehen.
Agglomeratstein nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Fasern aus einem Kartonmaterial bestehen.
Agglomeratstein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Fasern aus einem Kunststoffmaterial bestehen.
Agglomeratstein nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Fasern aus einem Polyethylen-Material bestehen.
Agglomeratstein nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern eine Mindestlänge von 1 bis 30 mm und/oder einen Durchmesser von 10–1000 μm besitzen.
Agglomeratstein nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisenerz im Steinformat und einer Körnung von weniger als 3 mm vorliegt.
Agglomeratstein nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er nach drei Tagen eine Frühfestigkeit von mindestens 5 N/mm² und nach 28 Tagen eine Kaltdruckfestigkeit von mindestens 20 N/mm² besitzt.
Agglomeratstein nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisenerz in Form von Fein- oder Feinststäuben vorliegt.
Agglomeratstein nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Körnung des Eisenerzes bis 1 mm beträgt.
Agglomeratstein nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisenerz in hämatitischer (Fe₂O₃), magnetitischer (Fe₃O₄) und/oder wüstitischer (FeO) Modifikation vorliegt.
Agglomeratstein nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisenerz in Form von Geothit (FeO(OH)) mit einer Körnung von bis zu 2 mm, insbesondere weniger als 2 mm, vorliegt.
Agglomeratstein nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sein Gehalt an Eisen mindestens 40 Gew.-% beträgt.
Agglomeratstein nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zement-Bindemittel Portlandzement oder Hüttenzement ist.
Agglomeratstein nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erstarrungs- und Verfestigungsbeschleuniger Wasserglas, Tonerdzement, Calciumchlorid, ein Alkali-Salz, insbesondere ein Na-Salz, oder ein Cellulose-Klebstoff, wie Kleister, ist.
Agglomeratstein nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sein Gehalt an Kohlenstoff-Trägern 8–15 Gew.-% beträgt.
Agglomeratstein nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff-Träger in Form von Koksstaub, Koksgrus oder Anthrazitkohle vorliegt.
Agglomeratstein nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Körnung des Kohlenstoff-Trägers bis zu 2 mm beträgt.
Agglomeratstein nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine zylindrische, quaderförmige oder vieleckige Form besitzt, insbesondere eine Blockform mit einer mehreckigen, insbesondere sechseckigen Grundfläche aufweist.
Agglomeratstein nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er als Grünkörper vor seiner Trocknung einen Wassergehalt von weniger als 25 % aufweist.
Agglomeratstein nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er bei der Reduktion einen Reduktionsgrad von mindestens 80 %, insbesondere mehr als 80 %, erreicht.
Verwendung von im Steinformat vorliegendem Fein- und Feinsterz mit einer Körnung von bis zu 3 mm zur Herstellung von gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23 ausgebildeten Agglomeratsteinen für die Roheisengewinnung.