DE2802213A1 - Verfahren und vorrichtung fuer die direktreduktion von eisenerz mit holz als reduktionsmittel - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung für die Direktreduktion
• von Eisenerz mit Holz als Reduktionsmittel.
• Diese Erfindung hat zum Ziel, in Drehrohröfen aus Eisenerz mit Holz als alleinigen Brennstoff und Reduktionsmittel Eisenschwamm herzustellen.
• Die Direktreduktion im Drehrohrofen gehört zum Stand der Technik. Sie wird mit Koks, Steinkohle oder Braunkohle vollzogen. Die wirtschaftliche Bedeutung der Direktreduktion mit Koks und mineralischen Kohlen wächst lebhaft.
• Illzkohle hat sich im Pilot-Drehrohrofen bewährt. Dabei hat es sich gezeigt, daß Erz mit Holzkohle schneller und bei tieferen Temperaturen zu reduzieren ist, als mit Koks und Kohle. Zugleich ist der Betrieb sicherer und der Eisenschwamm reiner.
• Nur in waldreichen Ländern jedoch wird die Direktreduktion mit Holzkohle Beachtung finden. Aber selbst in diesen wird die Holzkohlegewinnung schwer auf der Forstwirtschaft lasten. Vom ursprünglichen Energiegehalt des Holzes nämlich ist nur das in der Holzkohle enthaltene Drittel für die Direktreduktion zu verwenden. Beim Herstellen der Holzkohle gehen zwei Drittel des Heizwerts für die Reduktion verloren.
• Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den ganzen Heizwert des Holzes für die Direktreduktion zu nutzen. Es ist zu beobachten, daß das Holz bei der Direktreduktion sich in mancher Hinsicht als den bekannten Reduktionsmitteln überlegen erweist, weil sein Schwelen unter Wärmebildung verläuft. Diese Eigenschaft des Holzes begünstigt die Direktreduktion im Drehrohrofen ungemein. Zugleich wird der gesamte Heizwert des Holzes genutzt.
• Erfindungsgemäß reduziert man mit Holz in einem Gleichstrom-Drehrohrofen. Dabei durchwandern Erz und Holz (die Beschikkung) mit dem Rauchgas in derselben Richtung den Ofen. Am oberen Ende des geneigten Drehrohrofens wird die Beschikkung eingebracht und hier sind auch Luftzuführung und Stützbrenner angeordnet. Die Ofenhitze und der Stützbrenner heizen die Beschickung auf, wobei nachstehendes geschieht: Bis etwa 220 C verliert Holz seine Feuchte und sein Konstitutionswasser und von 220 bis 280 C vor allem Kohlensäure.
• Diese Vorgänge sind endotherm. Bei etwa 280 C setzt dann das exotherme Schwelen ein, das genug Wärme entwickelt, um die Zersetzung aufrecht zu erhalten und die Schwelprodukte auf etwas über 400 C zu erhitzen. Hierbei entstehen beträchtliche Mengen Teer. Oberhalb 400 C sind die Reaktionen endotherm, wobei Gase freiwerden. (Die genannten Temperaturen verschieben sich bei den verschiedenen Holzsorten etwas) Die Dämpfe und Gase des exothermen Schwelens entflammen schein bei rund 250 C. Holz brennt schnell, weil das exotherme Schwelen selbstgehend ist und reichlich Kohlenwasserstoffe liefert.
• Im Vergleich dazu verbrauchen sowohl Steinkohle als auch Braunkohle fürs Schwelen viel Wärme. Daher zünden sie erst bei 400 bis 600 C und brennen träger, weil die Geschwindigkolt des Schwelens von der Wärmezufuhr abhängt.
• im Drehrohrofen wird daher die Beschickung mit Holz schnelicr auf Reduktionstemperatur gebracht als mit Kohle und Koks.
• @@@ Reduktion selbst beginnt mit Holz bei tieferer Temperatur. Die Zustellung des Ofens wird dadurch geschont und :t- znsatzbildung vermieden.
• ir die Reduktion des Erzes sind Kohlenstoff und Wärme erforderlich. Holz liefert beides. Die nach dem Schwelen vorliegende Holzkohle und der Rückstand der teilweise verkrackten Teerdämpfe versorgen die Reduktion mit Kohlenstoff.
• Wärme liefern die Verbrennung der flüchtigen Bestandteile und des bei der Reduktion gebildeten Kohlenmonoxids.
• Die reduzierte Beschickung und das ausgebrannte Rauchgas verlassen den Drehrohrofen mit angenähert gleicher Temperatur, nämlich mit 850 bis 950 C. Mit Anthrazit oder Koks liegt sie mit fast 1100 C wesentlich höher.
• Beim Verlassen des Ofens besteht die Beschickung aus Eisenschwamm und einigen Prozenten überschüssiger Holzkohle. Dadurch bleibt innerhalb der Beschickung eine reduzierene Atmosphäre erhalten, die den Eisenschwamm vor Verzunderung schützt.
• Der Gleichstrombetrieb neigt dazu, die Teerdämpfe und Gase des exothermen Schwelens nach den heißeren Ofenpartien zu verschleppen, um sie erst dort zu zünden und zu verbrennen.
• Günstiger ist es, sie über ihrem Entstehungsort schon zum Zünden zu bringen, und die Verbrennung in Richtung zum kälteren Auf gabeende des Drehrohrofens hin zu verlagern. Beides ist zu erreichen, wenn man Luft, Brüden und Schweldämpfe verwirbelt und einen Teil von ihnen als Rückstrom ::u. kälteren Ende des Drehrohrofens bringt. Stützflamme und die Strahlung des Ofenraums sorgen dann fürs Zünden und Verbrennen auch oberhalb der noch kalten Beschickung, die dadurch viel schneller aufgeheizt wird. Größere Öfen benötigen im Betrieb keine Stützflamme. Die vom heißen Bereich des Ofens eingestrahlte Wärme genügt, um zu zünden und die Verbrennung aufrecht zu erhalten.
• Diesen günstigen Rückstrom erhält man im kälteren Bereich des zylindrischen Drehrohrofens durch den Impuls der zugeführten Luft und der Stützflamme. Hier bleibt der Rückstrom auf einen Teil des Ofenraums beschränkt.
• Mit der Sonderbauart des Drehrohrofens, die aus der DAS 1 184 891 bekannt ist, erhält man den Rückstrom im gesamten Drehrohrofen, und mit ihm frühes Zünden und eine ausgeglichene Temperatur im gesamten Ofenraum.
• Die zylindrische Bauart skizziert Fig. 1. Der Drehrohrofen 1 ist geneigt und rotiert um seine Längsachse 2. (Antrieb und Lagerung des Drehrohrofens sind nicht gezeichnet.
• Erz und Holz werden mit der Aufgabevorrichtung 3 in den Ofen 1 eingebracht. Mit der Drehung wandert die Beschikkuna zum tieferen Ofenende und verläßt als Eisenschwamm 4 it etwas Holzkohle den Drehrohrofen. Der Austrag wird herkrlich aufbereitet. (in Fig.1 nicht angeführt). Luft und {^ -benenfalls Brennstoff werden mit der Zuführung 5 ein-:£st. Der Impuls dieses Strahles bewirkt die Wirbel und (n Rückstrom 6. An der Aufgabeseite wird der Ofenraum mit der Stirnwand 7 abgeschlossen, an der die Aufgabevorrichtung j und die Luftzuführung 5 angebracht sind. Das Rauchgas 8 beruhigt sich auf dem Weg durch den Ofen und wird im Austrittsgehäuse 9 gefaßt. Die Wärme des Rauchgases wird in der Regel genutzt.
• Die Sonderbauart nach der DAS 1 184 891 ("Drehtrommelofen zum Verbrennen von Müll") ist in Fig.2 skizziert. Der birnenförmige Drehtrommelofen 1 dreht sich um seine horizontale Längsachse 2 (Antrieb und Lagerung sind nicht angeführt). Die Beschickung 3 wird mit der Aufgabevorrichtung 4 in den Ofenraum gebracht. Eisenschwamm 5 mit etwas Holzkohle verläßt am gegenüberliegenden Ende den Ofen. Die Luft 6 erhält in der Leitvorrichtung 7 einen Drall und tritt tangential in den Drehtrommelofen 1 ein. Luft und alle übrigen Gase rotieren heftig um die Achse 2 (die Rotation ist nicht gezeichnet), wodurch ein starker, zentrischer Rückstrom sich einstellt. Der längs der Achse 2 verfahrbare Stützbrenner 9 stabilsiert mit seinem Impuls den Rückstrom 8 Dazu wird die Luftzufuhr des Stützbrenners 9 auch nach dem Abstellen des Brennstoffes aufrechterhalten. Das Rauchgas le wird im Austrittsgehäuse 11 gefaßt und in der Regel einer Abwärmeverwertung zugführt.(Die Aufbereitung des reduzierten Ofenaustrags 5 ist nicht angeführt.) Bei beiden Ausführungen ist es vorteilhaft, wenn das Erz im Mittel 10 bis 15 mm groß ist. Das Holz kann gröber sein, nämlich im Mittel 15 bis 30 mm.
• Getrocknetes olz kommt im Ofen schneller zum Schwelen als feuchtes. Daher liegt es nahe, das Holz auf 0 % Feuchte zu darren. Vorhin wurde erwähnt, daß Holz beim Erwärmen bis rund 280 C Wasserdampf und Kohlensäure abgibt. Dabei nimmt sein Gewicht um etwa ein Drittel ab, doch sein Energieinhalt bleibt im wesentlichen erhalten. Solches "bertiniertes" Holz ist für die Direktreduktion vorzüglich geeignet, weil es im Drehrohrofen außerordentlich schnell zum Schwelen kommt.
• Bei der zylindrischen Bauart nach Fig.l soll die Austrittsgeschwindigkeit aus der Luftzuführung 5 20 bis 70 m/s betragen. Bei feuchterem Holz sind größere Geschwindigkeiten zu empfehlen. Besonders vorteilhaft ist es die Luft auf mehrere Zuführungen aufzuteilen, der Rückstrom wird dadurch stabiler.
• Versuche mit Holzkohle haben gezeigt, daß man für jede Tonne Eisenschwamm etwa 460 kg Holzkohle benötigt. Hinzu kommt nocI der Brennstoff für das Stützfeuer. Für die genannte IIol-};ohle muß man midestens 2000 kg Holz verkohlen. Die arbeit mit olz gemäß dieser Erfindung benötigt für die Tonne Eisenschwamm lediglich rund 1000 kg lufttrockenes Holz.
• Diese Ersparnis zeigt den großen Fortschritt dieser Erflndung. Die Forstwirtschaft wird sehr entlastet, weil die .-röIilun(j des Holzes mit seiner Energieverschwendung ver-@@@@@ wird.
• Schrifttum: 1.) G. Reuter, H. Serbent and W. Schnabel, "SL/RN -The Key to Direct Reduction and Steelmaking for South- and Central Amerika Paper presented at the Direct Reduction Congress of the Latin American Iron and Steel Institute, Caracas, Venezuela, July 10 to 14, 1977.
• 2.) W. J. Müller und E. Graf, Kurzes Lehrbuch der Technologie der Brennstoffe, 2. und 3. Auflage, Franz Deuticke, Wien 1945, Seiten 175 bis 177 und 339 bis 344.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1.) Verfahren zur Direktreduktion von Eisenerz zu Eisenschwamm in im Gleichstrom betriebenen Drehrohröfen dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff und Reduktionsmittel Holz verwendet wird.
2. 2.) Verfahren nach Anspruch 1.) in zylindrischen Drehrohröfen dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Luft mit Geschwindigkeiten von 20 bis 70 m/s in den Ofen eingeblasen wird.
3. 3.) Verfahren nach Anspruch 1.) dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion in einem Drehtrommelofen gemäß DAS 1 184 891 vollzogen wird.
4. 4.) Verfahren nach einem der Ansprüche 2.) und 3.) dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff und Reduktionsmittel bertiniertes Holz verwendet wird.