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DE2840945A1 - Verfahren zum einbringen von eisenschwamm in einen elektrolichtbogenofen - Google Patents

Verfahren zum einbringen von eisenschwamm in einen elektrolichtbogenofen

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DE2840945A1
DE2840945A1 DE19782840945 DE2840945A DE2840945A1 DE 2840945 A1 DE2840945 A1 DE 2840945A1 DE 19782840945 DE19782840945 DE 19782840945 DE 2840945 A DE2840945 A DE 2840945A DE 2840945 A1 DE2840945 A1 DE 2840945A1
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DE
Germany
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hot gas
dipl
iron
ing
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DE2840945C3 (de
DE2840945B2 (de
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Dieter Dr Ing Ameling
Joachim Dipl Ing Schwerdtfeger
Siegfried Sensis
Klaus Dipl Ing Walden
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Hamburger Stahlwerke GmbH
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Hamburger Stahlwerke GmbH
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Priority to GB7931526A priority patent/GB2031467B/en
Priority to US06/076,227 priority patent/US4290800A/en
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21C5/56—Manufacture of steel by other methods
    • C21C5/562—Manufacture of steel by other methods starting from scrap
    • C21C5/565—Preheating of scrap
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
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Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN ■ KRÄMER ZWiRNER. HIRSCH . BREHM lo
PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN
Patentconsult Radeckestraße 43 8000 Mündien 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult
Hamburger Stahlwerke GmbH,
Dradenaustraße 33
Hamburg 95
Verfahren zum Einbringen von Eisenschwamm in einen Elektrolichtbogen of en
Beschreibung?
Diese Erfindung betrifft ein "Verfahren zum Einbringen von Eisenschwamm in einen Elektrolichtbogenofen, wobei der bewegte Eisenschwamm mit Heißgas vorgewärmt wirdo
Bei einem bekannten TTeriahren dieser Art (vgl, "Stahl und Eiseng"95,3 16=23 (1975)) wird der Eisenschwamm durch ein Dreh= rohr geführt^ das von außen mittels Heißgas beheizt wirdo Als Heißgas dient das Abgas eines Ölbrenners und die heißen Abgase
München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Piiys. Dr. rer. na!. · P. Hirsch Dipl.-Ing. . H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. Θ. Biurnbsch Dipl.-incj. ° P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.
0S00H/01SS
des Elektroofens. Mit dieser Verfahrensführung wird ein direkter Kontakt zwischen Eisenschwamm und Heißgas im wesentlichen vermieden, um eine erneute Oxidation des oxidationsempfindlichen Eisenschwammes durch sauerstoffhaltige Bestandteile des Heißgases zu verhindern. Damit d:\e angestrebte Aufheiztemperatur von etwa "bis 10000C erreicht wird, muß das Drehrohr eine beträchtliche Länge aufweisen. Dies führt zu erheblichen Investitionskosten; weiterhin kann an einen bestehenden Elektroofen ein solches Drehrohr wegen des erheblichen Platzbedarfs häufig nachträglich nicht angebaut werden.
Bekanntlich ist durch Direktreduktion von stückigem oder pelletisiertem Eisenerz erhaltener Eisenschwamm porös und weist eine große aktive innere Oberfläche auf. Solcher Eisenschwamm wird bereits ab ca. 2000C von Sauerstoff (O2) und Sauerstoff trägem wie Wasser (HpO) oder Kohlendioxid (COp) oxidiert. Das gebildete Eisenoxid (FeO) geht bei der nachfolgenden Erschmelzung im Elektroofen weitgehend als Schlackebestandteil verloren oder muß durch aufwendige Kochprozesse erneut reduziert werden. Wegen dieser Oxidationsgefahr hat die Fachwelt zur Vorwärmung von Eisenschwamm bislang einen direkten Kontakt zwischen Eisenschwamm und üblichen Brennerabgasen nicht in Betracht gezogen.
»
Die Aufgabe, der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfacheres, mit einer kompakteren Anlage durchführbares Verfahren zur Vorwärmung von Eisenschwamm anzugeben, das zur Beschickung
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von "bestehenden Elektroöfen mit vorgewärmtem Eisenschwamm "brauchbar ist.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe β t ein Verfahren mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieses Verfahrens ergeben sich aus den ünteransprüchen.
Die Erfindung beruht auf der überraschenden Peststellung, daß kohlenstoffhaltiger Eisenschwamm, unter Bedingungen, die zu einer Verbrennung des Kohlenstoffs führen, im direkten Kontakt mittels üblichen Brennerabgasen aufgeheizt werden kann, ohne daß eine wesentliche Abnahme des Metallisierungsgrades (Fe . χ 1OO/Pe ) stattfindet. Damit wird es möglich, zur Einbringung von vorgewärmtem Eisenschwamm in einen Elektrolichtbogenofen, den Eisenschwamm in Form einer losen Schüttung zu bewegen, und das Heißgas in direktem Kontakt mit dem Eisenschwamm quer zur Bewegungsrichtung durch die Schüttung zu führen. Aus dem direkten Kontakt resultiert ein sehr guter Wärmeübergang, so daß die Aufheizung auf 8000C und mehr innerhalb einer kurzen Wegstrecke erfolgen kann. Die Vorwärmung kann deshalb mit einer einfachen, kompakten Anlage erfolgen, die nachträglich an bestehende Elektroöfen angebaut werden kann.
Die Vorwärmung des Eisenschwammes mittels fossiler." Brennstoffe vor der Einbringung in den Elektrolichtbogenofen bringt die bekannten Vorteile wie verminderterjStrombedarf zur Erzeugung der
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Stahlschmelze, verkürzte Chargenzeiten, geringerer Elektrodenverbrauch und erhöhte Lebensdauer der Ofenauskleidung. Durch Vorwärmung auf etwa 8000C kann etwa 33% eier elektrischen Energie eingespart werden, die zum Einschmelzen von kaltem Eisenschwamm (ohne Fertigmachen des Stahles) erforderlich ist.
Nachfolgend soll das erfindungsgemäße Verfahren mit Bezugnahme auf zwei Figuren im einzelnen erläutert werden; es zeigt:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Anlage zur erfindungsgemäßen Vorwärmung von Eisenschwamm; und
Fig. 2 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus Fig. 1.
Erfindungsgemäß wird zur Vorwärmung kohlenstoffhaltiger Eisenschwamm in Form einer losen Schüttung bewegt, und ein Heißgas quer zur Bewegungsrichtung durch die Schüttung geführt. Zur Ausbildung einer solchen losen Schüttung kann ein Wanderrost, eine Schüttelrinne, ein Schwingförderer oder dgl. vorgesehen werden. Vorzugsweise erfolgt die Bewegung des Eisenschwammes mittels einem Schwingförderer. Aufbau und Wirkungsweise eines Schwingförderers sind in der Fachwelt hinreichend bekannt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt der direkte Kontakt zwischen dem Eisenschwamm und dem Heißgas unter solchen Bedingungen daß der im Eisenschwamm vorhandene Kohlenstoff zündet und von dem Heißgas oxidiert wird. Die Oxidation des Kohlenstoffs erfolgt nach bekannten Reaktionen, wie
(1) C + 1/2 O2 *· CO
(2) C + CO2 —· 2 CO
(3) C + H2O » H2 + CO
Hierdurch wird das Eisen des Eisenschwammes vor der Oxidation zu Eisenoxid (PeO) geschützt«
Damit eine sehr gute Schutzwirkung erzielt wird, muß der
Eisenschwamm einen gewissen Mindestgehalt an Kohlenstoff aufweisen. Der untere Grenzwert für den Kohlenstoffgehalt hängt von der Zusammensetzung des Heißgases und in geringerem Ausmaß von
weiteren Verfahrensparametern ab und liegt bei etwa 0,5%; zweckmäßigerweise soll der Eisenschwamm wenigstens 1,5% Kohlenstoff enthalten; vorzugsweise ist ein Kohlenstoffgehalt zwischen etwa 1,7% und 4% vorgesehen.
Damit die Zündung des Kohlenstoffs und dessen Verbrennung zu im wesentlichen Kohlenmonoxid" (CO) in der gesamten Schüttung möglichsj? schnell vor einer nennenswerten Oxidation des Eisenschwam= mes erfolgt;, soll das Heißgas eine hohe Temperatur aufweisen., und die Schüttung damit sehr schnell angeströmt werden» Vorzugsweise beträgt die Temperatur des Heißgases beim direkten Kontakt mit
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dem Eisenschwamm wenigstens 12000C; besonders bevorzugt sind Temperaturen zwischen 1250 und 165O0C; besonders gute Ergebnisse werden mit Temperaturen zwischen 1450 und 155O0C erzielt. Damit es zu einer sehr schnellen Anströmung kommt, soll die Strömungsgeschwindigkeit des Heißgases wenigstens 1 m/s be-tragen. Besonders bevorzugt wird die Anströmung mit einer Geschwindigkeit von 1,5 bis 2,5 m/s. TJm die schnelle Anströmung über die gesamte Höhe der Schüttung zu erreichen, soll die Schütthöhe 25 cm nicht übersteigen; vorzugsweise ist eine Schütthöhe im Bereich von 7 bis 15 cm vorgesehen.
Weiterhin soll die Yerweilzeit des Eisenschwammes im Einwirkungsbereich des Heißgases kurz sein. Damit verbleibt ein geringer Restkohlenstoffgehalt im Eisenschwamm, und die Gefahr einer Oxidation des Eisens wird noch weiter verringert. Vorzugsweise soll diese Verweilzeit 100 s nicht übersteigen; besonders bevorzugt wird eine Verweilzeit von 65 bis 90 s.
Die obigen Angaben zur Temperatur, zur Strömungsgeschv/indigkeit und zur Verweilzeit beziehen sich auf ein Heißgas üblicher Zusammensetzung, wie es durch Verbrennung eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffs mit Luft oder mit Sauerstoff angereicherter luft in einem Brenner erhalten werden kann; beispielhafte kohlenstoffhaltige Brennstoffe sind Erdgas, Erdöl, Schweröl, Heizöl und dgl.. EiIx solches Heißgas besteht im wesentlichen aus Kohlendioxid und Wasserdampf, neben Stickstoff und geringen Anteilen an Sauerstoff und kohlenmonoxid; üblicherweise liegt der Anteil an ungebundenem Sauerstoff (O2) zwischen 1 und 3%. Eine Einsparung an
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Brennstoff kann erzielt wer den, wenn zur Bereitstellung des Heißgases ganz oder teilweise das vom Elektroofen abgezogene heiße Abgas mitverwendet wird; vorteilhafterweise wird dieses heiße Abgas den Brennerabgasen zugemischt. Insgesamt soll der Durchsatz an Heißgas wenigstens 500 Nm /t Eisenschwamm betragen.
Der Eisenschwamm kann in der Form eingesetzt werden, wie er nach, der Direktreduktion angefallen ist. Der erforderliche Kohlenstoffgehalt wird durch eine entsprechende Zusammensetzung des Reduktionsgases und/oder durch- Einbringen von Erdgas in die Kühlzone des Direktreduktionsοfens'gewährleistet. Der Eisenschwamm kann andererseits auch, passiviert und/oder brikettiert eingesetzt werden. Weiterhin ist es möglich, der Vorwärmung ein Gemisoh. aus Eisenschwamm und Feinschrott,beispielsweise Shredderschrot zuzuführen. Sofern ein solches Gemisch nicht den erforderlichen Kohlenstoffgehalt aufweist, kann dem Gemisch zusätzlich Kohlenstoff zugesetzt werden, beispielsweise in Form feinstückiger Kohle.
Weiterhin ist es möglich, vorzugsweise bei Eisenschwamm mit zu niedrigem Kohlenstoffgehalt den Eisenschwamm vor dem Einsatz auf der Schüttelrinne mit öl zu tränken. Die im öl enthaltenen Kohlenwasserstoffe übernehmen die Schutzfunktion des Kohlenstoffs zur Vermeidung der Reoxydation des Eisenschwamms. Außerdem kann auf diese Weise noch ein zusätzlicher Energieeinsatz bei der Vorwärmung erreicht werden. Als Tränkungsmittel kommen vorzugsweise Schweröle infrage, die bei der Verwertung von Erdöl anfallen.
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Eine beispielhafte Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist in schematischer Form mit den Pig. 1 und 2 dargestellt. Zu der mit Fig. 1 dargestellten Anlage gehört der Eisenschwammbunker 1, eine Magnetdosierrinne 2, eine Brennkammer 3 mit dem Erdgasbrenner 4, eine Esse 5, ein Schwingförderer 6, der Elektroofen 7 und eine Schurre 8. Bei dieser Versuchsanlage dient als Schwingförderer 6 eine von unten nach oben durchgaste. Schüttelrinne, auf der das Schüttgut in zeitlicher konstanter Schütthöhe über eine Fläche von 0,3 Bi Breite und 1 m Länge in
Förderrichtung zugeführt wird. Die Förderleistung kann zwischen 2 und 7 t/h variiert werden. In einer unter der Schüttelrinne 6 angeordneten Brennkammer 3 werden durch Verbrennung von Erdgas mit luft im Brenner 4 ca. 1000 bis 2500 Nm /h Heißgas mit Temperaturen bis zu 155O0C erzeugt. Im einzelnen ist die Anordnung der Brennkammer 3 mit dem Schwingförderer 6 mit Fig. 2 dargestellt; ersichtlich strömt das Heißgas 9 aus der Brennkammer 3 durch die Öffnungen in der Gasabdichtung 10 von unten in den Schwingförderer 6 und durchströmt den in loser Schüttung geführten Eisenschwamm 11 von unten nach'oben. Über der Schüttung wird das ausgetretene Abgas durch eine Esse 5 der Hallenentstaubung zugeführt (vgl. Fig. 1). Die Dosierung des Eisenschwammes erfolgt aus dem Bunker 1 mit einer Magnetrinne 2 als Abzugsorgan. Der heiße Eisenschwamm wird über eine schwenkbare Schurre 8 in den Elektroofen 7 abgeworfen.
Aus einer Reihe von Versuchen mit dieser Anlage geht hervor, daß kohlenstoffhaltiger Eisenschwamm in direktem Kontakt mit Brennerabgasen ohne nennenswerte Oxidation des Eisens auf Temperaturen von etwa 800 bis 10000C vorgewärmt v/erden kann, sofern
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der Kohlenstoffanteil wenigstens 1,5% beträgt; sofern überhaupt ein Metallisierungsverlust auftritt, beträgt dieser max. 0,5%; der Kohlenstoffabbrand beträgt ca. 1,2 %.
Beispiel:
Auf einem mit Fig. 2 dargestellten Schwingförderer wird Eisenschwamm in einer Schichthöhe von 100 mm vorgewärmt. Der Eisenschwamm hat auf dem Schwingförderer eine Verweilzeit von 80 s. Die Schüttung wird mit Abgasen eines Erdgasbrenners von 15200C angeströmt. Die Abgase haben (bezogen auf 25°C und 1 Atm) eine Strömungsgeschwindigkeit von 1,7 m/s. Der Eisenschwamm verläßt den Schwingförderer mit einer mittleren Temperatur von 8700C; der Eisenschwamm hatte bei der Aufgabe auf den Schwingförderer einen Kohlenstoffgehalt von 2,5%, einen Gesamteisengehalt von 92% und einen Gehalt an metallischem Eisen von 86,5%; der sog. Metallisierungsgrad (Fe^. χ 100/Fe,^} betrug 94%. Beim Verlas-
mcT/ ges
sen des Schwingförderers enthielt das Schwammeisen noch 1,3% Kohlenstoff. Der Metallisierungsgrad hatte sich praktisch nicht verändert.
Für Vergleichszwecke wird obiges Beispiel im wesentlichen wiederholt; abweichend wird dem Schwingförderer Eisenschwamm mit einem Kohlenstoffgehalt von 1,4% zugeführt und der vorgewärmte Eisenschwamm verläßt den Schwingförderer mit einer mittleren Temperatür von 10000C; es wird ein mittlerer Metallisierungsverlust von etwa 1,2% festgestellt; der Kohlenstoffabbrand beträgt ca. 1,2%.
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Claims (1)

  1. BLUMBACH · WF3ER . BERGEN · KRAMER
    ZWiRNER. HIRSCH .BREHM ^ ,
    PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN
    Patentconsult RadeckestraBe 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patenlconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult
    Hamburger Stahlwerke G-mbH. 78/0109
    Dradenaustraße 33
    Hamburg 95
    Verfahren zum Einbringen von Eisenschwamm in einen
    Elektrolichtbogen ofen
    Patentansprüche:
    1. Verfahren zum Einbringen von Eisenschwamm in einen Elektrolichtbogenofen,
    wobei der bewegte Eisenschwamm mit Heißgas vorgewärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
    kohlenstoffhaltiger Eisenschwamm in Form einer Schüttung bewegt wird, und
    das Heißgas quer zur Bewegungsrichtung durch die Schüttung geführt wird.
    München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Pnys. Dr. rer. nat. · P. Hirsch Dipl.-Ing. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-Ing. · P.Bergen Dipi.-Ing. Dr. jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.
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    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegung der Schüttung ein Schwingförderer dient.
    5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkung des Heißgases zu einer Zündung des Kohlenstoffs und dessen Verbrennung führt.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenschwannn wenigstens 1,5% Kohlenstoff enthält.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißgas beim direkten Kontakt mit dem Eisenschwamm wenigstens eine Temperatur von 12000C aufweist.
    6- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenschwamm mit einem schnellströmenden Heißgas angeströmt
    wird, dessen Strömungsgeschwindigkeit wenigstens 1 m/s bezogen auf Normalbedingungen (20°C, 760Torr) beträgt.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schütthöhe des in loser Schüttung bewegten Eisenschwammes unterhalb 25 cm gehalten wird.
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    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des Eisenschwammes im Einwirkungs"bereieh des Heißgases unter 10Os gehalten wird.
    9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Ms 8, dadurch gekenn ζ e i chne t, daß das Heißgas durch Verbrennung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe erzeugt wird, und der Heißgasdurchsatz wenigstens 500 Nm /t Eisenschwamm beträgt.
    10. Verfahren nach Anspruch 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß zur Bereitstellung des Heißgases die heißen Abgase des Elektrolichtbogenofens mitverwendet werden.
    11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenschwamm vor der Aufgabe
    auf die Schüttelrinne mit Öl getränkt wird.
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DE2840945A 1978-09-20 1978-09-20 Verfahren und Vorrichtung zum Vorwärmen von wenigstens 0,5 Prozent Kohlenstoff enthaltendem Eisenschwamm Expired DE2840945C3 (de)

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