DE3439070A1 - Process and equipment for the continuous production of crude iron and energy-bearing hot gas from fine-grained iron ores and carbon carriers - Google Patents
Process and equipment for the continuous production of crude iron and energy-bearing hot gas from fine-grained iron ores and carbon carriersInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen HerstellungProcess and apparatus for continuous production
von Roheisen und energiehaltigem Heißgas aus feinkörnigen Eisenerzen und Kohlenstoffträgern Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Roheisen und energiehaltigem Heißgas aus feinkörnigen Eisenerzen und Kohlenstoffträgern, wobei die feinkörnigen Eisenerze bis zu Reduktionsgraden von mindestens 80 % vorreduziert und anschließend in einem Schmelzreaktor durch Zugabe von Kohlenstoffträgern, Zuschlägen und sauerstoffhaltigen Medien unter Bildung des energiehaltigen reduzierenden Heißgases fertig reduziert und zu flüssigem Roheisen eingeschmolzen werden. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.of pig iron and hot gas containing energy from fine-grain iron ores and carbon carriers The invention relates to a process for continuous Production of pig iron and hot gas containing energy from fine-grain iron ores and carbon carriers, the fine-grained iron ores up to degrees of reduction pre-reduced by at least 80% and then passed through in a smelting reactor Addition of carbon carriers, aggregates and media containing oxygen with formation of the energy-containing reducing hot gas completely reduced and turned into liquid pig iron be melted down. The invention also relates to an apparatus to carry out this procedure.
Aus der DE-OS 31 37 755 ist ein Verfahren bekannt, bei dem feinkörnige angereicherte Eisenerze in einem Wirbelschichtofen vorreduziert und "in einer Hitze" in einem angeschlossenen Schmelzaggregat unter Verwendung von elektrischer Energie zu flüssigem Roheisen umgewandelt werden. Bei der Reduktion führen höhere Reduktionsgrade zu dem bekannten Phänomen des "Sticking" der vorreduzierten Erzpartikel und zur störenden Rußbildung aus den Reduktionsgasen. Dieses führt zu einer Hemmung des Reduktionsvorganges und einem Verstopfen des Reduktionsaggregates.From DE-OS 31 37 755 a method is known in which fine-grained enriched iron ores pre-reduced in a fluidized bed furnace and "in one heat" in a connected melting unit using electrical energy converted to liquid pig iron. Higher degrees of reduction lead to reduction to the well-known phenomenon of "sticking" of the pre-reduced ore particles and to disturbing soot formation from the reducing gases. This leads to an inhibition of the Reduction process and clogging of the reduction unit.
Bei allen der bisher auf Basis feinkörniger Eisenerze entwickelten Verfahren ist das "Sticking-Problem" bei hohen Reduktionsgraden und höheren Temperaturstufen noch nicht zufriedenstellend gelöst. Nachteilig ist auch der Bedarf an relativ teurer elektrischer Energie zum Einschmelzen der reduzierten Eisenerze und eine damit verbundene begrenzte Einsatzfähigkeit derartiger Verfahren und Anlagen nur auf Länder, die über billige elektrische Energie verfügen.For all of the previously developed on the basis of fine-grain iron ores Process is the "sticking problem" with high degrees of reduction and higher temperature levels not yet resolved satisfactorily. Another disadvantage is the need for relatively more expensive ones electrical energy for melting down the reduced iron ores and an associated one limited usability of such processes and systems only to countries that have cheap electrical energy.
Weiterhin werden für die Heißgasabkühlung große Mengen an teuren fremden Kühlmedien benötigt.Furthermore, large amounts of expensive foreign materials are used for hot gas cooling Cooling media required.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf der Basis von Kohle als Energieträger ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Herstellung von Roheisen und energiehaltigem Heißgas anzugeben, die unter Erreichung eines hohen Reduktionsgrades der eingesetzten feinkörnigen Eisenerze und optimaler verfahrensökonomischer Ausnutzung des energiehaltigen Heißgases die Beseitigung aer bisherigen Nachteile und Schwierigkeiten, die mit dem "Sticking"-Phänomen der teilreduzierten Eisenoxide und der Rußbildung im Reduktionsreaktor verbunden sind, ermöglichen.The invention is based on the object on the basis of coal as an energy source, a method and a device for the production of pig iron and energy-containing hot gas, which achieve a high degree of reduction the fine-grain iron ores used and optimal process-economical utilization the energy-containing hot gas the elimination of previous disadvantages and difficulties, those with the "sticking" phenomenon of partially reduced iron oxides and soot formation are connected in the reduction reactor, allow.
Die Aufgabe wird verfahrensmäßig insbesondere durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 der Erfindung gelöst. Nach Abkühlung des im Schmelzreaktor erzeugten Heißgases von ca. 1400 OC auf ca. 1000 OC wird das heruntergekühlte Heißgas, welches zu ca. 99 % aus CO und H2 besteht, unter Ausnutzung eines Teiles seiner fühlbaren Wärme mit seinem hohen Reduktionspotential sehr vorteilhaft in einer wenigstens zweistufigen Reduktionseinheit unter Vermeidung der sonst üblichen Sticking-Probleme bei der Reduktion von feinkörnigen Eisenerzen ausgenutzt. Durch das Zumischen von feinkörniger Kohle und/oder Kalk wird das Sticking-Verhalten der teil-beziehungsweise vorreduzierten Erze weitestgehena verhindert. Die äußere Anhaftung von zugemischter Kohle, der sogenannten Überschußkohle und Kalk als Trennmittel, hält die feinkörnigen anreduzierten Eisenerzkörner auf einfache und vorteilhafte Weise auf "Distanz" und ein Ineinanderwachsen von frisch reduzierten nadelförmigen Eisenpartikeln wird vermieden. Sei den nier vorherrschenoen Temperaturen von ca. 1000 OC setzt sich das durch die bereits erfolgte Teilreduktion der Eisenoxide im Reduktionsgas (energiereiches Heißgas) enthaltene Kohlendioxid gemäß.der Boudouard-Reaktion und das im Reduktionsgas enthaltene Wasserstoffdioxid mit dem Kohlenstoff der Kohle wieder vollständig zu Kohlenmonoxid beziehungsweise Wasserstoff um. Dabei vergast die Kohle unter Verringerung ihres Festkörpervolumens, wobei Hohlräume entstehen und bestehende Brückenbilaungen zwischen verschiedenen Erzkörnern abgebrochen beziehungsweise abgebaut werden. Das dosierte Zumischen von feinkörniger Kohle ermöglicht weiterhin eine Einhaltung gleichbleibender Reduktionspotentiale im Heißgas.The task is procedurally in particular through the characterizing Features of claim 1 of the invention solved. After cooling down in the melting reactor generated hot gas from approx. 1400 OC to approx. 1000 OC, the cooled down hot gas, which consists of approx. 99% CO and H2, using part of it sensible heat with its high reduction potential is very beneficial in at least one two-stage reduction unit avoiding the usual sticking problems exploited in the reduction of fine-grain iron ores. By adding Fine-grained coal and / or lime is the sticking behavior of the part respectively prereduced ores as far as possible a prevented. The external attachment of mixed coal, the so-called excess coal and lime as a separating agent, keeps the fine-grain reduced iron ore grains simple and beneficial Way on "distance" and a growing into one another of freshly reduced needle-shaped Iron particles are avoided. Let the never prevailing temperatures of approx. 1000 OC, due to the partial reduction of the iron oxides in the Carbon dioxide contained in reducing gas (high-energy hot gas) according to the Boudouard reaction and the hydrogen dioxide contained in the reducing gas with the carbon of the coal again completely to carbon monoxide or hydrogen. Gassed in the process the coal with a reduction in its solid volume, creating cavities and existing bridges between different ore grains broken or broken be dismantled. The metered addition of fine-grained coal still enables compliance with constant reduction potentials in the hot gas.
Durch den direkten "heißen" Einsatz der feinkörnigen frisch reduzierten Eisenerze in den Schmelzreaktor werden zudem sehr vorteilhaft teure und energetisch ungünstige Verfahrensschritte wie zum Beispiel Aufmahlung, Pelletierung und Brennen von Pellets oder andere Agglomerationsarten der Eisenerze eingespart. Die gesamte benötigte Energie wird allein aus der in das Verfahren eingebrachten Kohle gewonnen, so daß kein Bedarf an teurer elektrischer Energie für den Schmelzprozeß erforderlich ist.Through the direct "hot" use of the fine-grain freshly reduced Iron ores in the smelting reactor are also very advantageously expensive and energetically unfavorable process steps such as grinding, pelleting and burning of pellets or other types of agglomeration of iron ores saved. The whole The energy required is obtained solely from the coal used in the process, so that no need for expensive electrical energy is required for the melting process is.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist insbesondere vorgesehen, daß das im Schmelzreaktor erzeugte energiehaltige Heißgas in einem Kohlewärmetauscher-System unter Abgabe eines Teiles seiner fühlbaren Wärme in die Kohle abgekühlt und die Kohle zu Kokspartikeln verkokt wird. Auf diese Weise wird in positiver Beeinflussung der Wärmebilanz sehr vorteilhaft ein Teil der in den staubhaltigen Heißgasen enthaltenen Wärme für den Verkokungsprozeß der eingesetzten Kohle verwendet, wobei eine gesonderte Entstaubung der Heißgase nicht erforderlich ist. Durch die Verwendung des Kohlewärmetauscher-Systems ist eine einfache direkte Kühlmöglichkeit des staubhaltigen Heißgases gegeben, wobei in das Kohlewärmetauscher-System sehr vorteilhaft ein breites Spektrum verfügbarer billiger Kohle, zum Beispiel feuchte, schwefelreiche, backende oder aschereiche Kohle ohne Eingrenzung nach Qualität, zur Verkokung eingesetzt werden kann.In an expedient embodiment of the invention, it is provided in particular that the energy-containing hot gas generated in the smelting reactor in a coal heat exchanger system while releasing part of its sensible heat in the coal cooled and the Coal is coked into coke particles. This way, in more positive Influencing the heat balance very beneficial part of the dusty Heat contained in hot gases is used for the coking process of the coal used, separate dedusting of the hot gases is not required. Through the Using the coal heat exchanger system is a simple direct cooling option of the dusty hot gas given, being very in the coal heat exchanger system advantageously a wide range of available cheap coal, for example moist, Sulfur-rich, baking or ash-rich coal without any restriction on quality, can be used for coking.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß Kohle mit den heißen Kokspartikeln aus dem Kohlewärmetauscher-System vermischt und mittels eines Teilstromes von heruntergekühltem Heißgas als Treibgas in den Schmelzreaktor eingeblasen wird. Durch die Zumischung von kalter oder vorgewärmter Kohle zu den heißen Kokspartikeln wird in vorteilhafter Weise eine Verbesserung der Wärmebilanz mit Abkühlung der heißen Kokspartikel und Aufheizen der Kohle auf eine mittlere Temperatur unter thermischer Entlastung der Anlagenbauteile erreicht.In a further embodiment of the invention it is provided that coal mixed with the hot coke particles from the coal heat exchanger system and by means of a partial flow of cooled down hot gas as propellant gas in the melting reactor is blown in. By adding cold or preheated coal to the hot coke particles will advantageously improve the heat balance with cooling of the hot coke particles and heating of the coal to a medium one Temperature reached with thermal relief of the system components.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die feinkörnigen Eisenerze in der zweiten Reduktionsstufe mit dem bis auf ca. 1000 OC heruntergekühlten Heißgas reduziert werden. Durch die Reduktion der feinkörnigen Eisenerze mit dem Heißgas bei einer Temperatur von ca.In a further embodiment of the invention it is provided that the fine-grained Iron ores in the second reduction stage with the one cooled down to approx. 1000 OC Hot gas can be reduced. By reducing the fine-grained iron ores with the Hot gas at a temperature of approx.
1000 OC werden sehr vorteilhaft hohe Reduktionsgrade (größer 90 %) erreicht. Sehr maßgeblich für die Erreichung hoher Reduktionsgrade ist die Verweilzeit der Erzpartikel in der Reduktionseinheit. Die Verweilzeit kann sehr vorteilhaft durch eine beliebige Kreislauf-Führung, das heißt Zirkulation der Erzpartikel in der zweiten Reduktionsstufe beeinflußt werden, womit genügend hohe Reduktionsgrade erreicht werden.1000 OC are very advantageous high degrees of reduction (greater than 90%) achieved. The residence time is very important for achieving high degrees of reduction the ore particles in the reduction unit. The residence time can be very beneficial through any circulatory guidance, that is, circulation of the ore particles in The second Reduction level can be influenced, which means that it is sufficiently high Degrees of reduction can be achieved.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Eisenerze in der zweiten Reduktionsstufe auf einen Reduktionsgrad von mindestens 90 % reduziert werden.In a further embodiment of the invention it is provided that the iron ores reduced in the second reduction stage to a degree of reduction of at least 90% will.
Dadurch, daß die'Eisenerze vor ihrem Einsatz in den Schmelzreaktor bereits auf einen Reduktionsgrad von mindestens 90 X vorreduziert sind, kann die Rest-beziehungsweise Endreduktion problemlos mit vertretbarem Energieaufwand im Schmelzbadreaktor erfolgen.The fact that die'Eisenerze before their use in the smelting reactor have already been pre-reduced to a degree of reduction of at least 90 X, the Residual or final reduction problem-free with a reasonable expenditure of energy in the Melt bath reactor take place.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der zweiten Reduktionsstufe Kohlepartikel und/oder Sauerstoff und/oder H20-Gemische dosiert zugeführt werden. Dadurch lassen sich in der zweiten Reduktionsstufe sehr vorteilhaft zum Beispiel die Reduktionsgeschwindigkeit, aas Reduktionspotential sowie die Gas- und Materialtemperatur als wesentliche Parameter in Hinsicht einer Unterdrückung des Sticking-Verhaltens der teilreduzierten Eisenoxide positiv beeinflussen. Weiterhin wird dabei vorteilhaft erreicht, daß der Reduktionsvorgang thermodynamisch geregelt abläuft und keine störende Rußbildung auftreten kann.In a further embodiment of the invention it is provided that the second Reduction stage dosed coal particles and / or oxygen and / or H20 mixtures are fed. This can be very advantageous in the second reduction stage for example the rate of reduction, aas reduction potential and the gas and material temperature as essential parameters in terms of suppression positively influence the sticking behavior of the partially reduced iron oxides. Farther it is advantageously achieved that the reduction process is controlled thermodynamically runs off and no disruptive soot formation can occur.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die feinkörnigen Eisenerze in der ersten Reduktionsstufe, bei einer Temperatur von etwa 700 OC mittels reduzierendem Heißgas aus der zweiten Reduktionsstufe vorreduziert werden. Bei der zweistufigen Reduktion der Eisenoxide wird sehr vorteilhaft durch die Wahl der Betriebsparameter, zum Beispiel der "niedrigen" Temperatur von etwa 700 OC in der ersten Reduktionsstufe, weitestgehend ein Auftreten des Sticking-Verhaltens der anreduzierten Erzpartikel vermieden.In a further embodiment of the invention it is provided that the fine-grained Iron ores in the first reduction stage, at a temperature of around 700 OC by means reducing hot gas from the second reduction stage are pre-reduced. In the two-stage reduction of iron oxides is very advantageous through the choice of operating parameters, for example the "low" temperature of around 700 OC in the first reduction stage, largely an occurrence of the sticking behavior of the reduced ore particles avoided.
Das aus der zweiten Reduktionsstufe austretende Heißgas hat mit einer Temperatur von ca. 700 OC für eine in die erste Reduktionsstufe verlagerte Vor- beziehungsweise Teilreduktion der eingesetzten Eisenoxide von Hämatit (Fe203) zu Magnetit (Fe304) bis hin zum Wüstit (FeO) ein ausreichend hohes Reduktionspotential. Dadurch wird auf vorteilhafte Weise die zweite Reduktionsstufe wesentlich entlastet und die einzelnen Bauteile der beiden Reduktionsstufen können entsprechend kleiner ausgestaltet sein. Dabei werden Sticking-Probleme mit Sicherheit vermieden und die Anlagenbauteile thermisch nicht Uberbelastet. Es genügen für diese Temperatur geringere feuerfeste Auskleidungen und geringere Wärmeisolationen der Anlagenbauteile. Weiterhin ergibt sich eine bessere Gasausnutzung und kürzere Verweilzeiten in der zweiten Reduktionsstufe.The hot gas emerging from the second reduction stage has a Temperature of approx. 700 OC for a pre-shifted into the first reduction stage or partial reduction of the iron oxides used by hematite (Fe203) Magnetite (Fe304) up to wüstite (FeO) have a sufficiently high reduction potential. As a result, the load on the second reduction stage is significantly relieved in an advantageous manner and the individual components of the two reduction stages can be correspondingly smaller be designed. Sticking problems are definitely avoided and the Plant components are not thermally overloaded. Lower ones are sufficient for this temperature Refractory linings and lower thermal insulation of the system components. Farther this results in better gas utilization and shorter residence times in the second Reduction stage.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß von dem reduzierenden Heißgas nach der ersten Reduktionsstufe ein Teilstrom abgezweigt, mit Luft verbrannt und anschließend in ein mit einem Gemisch aus feinkörnigen Eisenerzen und Kalkstein gefülltes Zyklonwärmetauscher-System geleitet wird, wobei das Gemisch im Zyklonwärmetauscher-System in einer oder mehreren Stufen bis zu einer Temperatur von ca. 400 OC vorgewärmt und anschließend in die erste Reduktionsstufe geleitet wird.In a further embodiment of the invention it is provided that of the reducing hot gas branched off a partial flow after the first reduction stage, burned with air and then in a with a mixture of fine-grain iron ores and limestone-filled cyclone heat exchanger system is conducted, wherein the mixture in the cyclone heat exchanger system in one or more stages up to one temperature preheated to approx. 400 OC and then passed into the first reduction stage will.
Durch die Verwendung eines ein- oder mehrstufigen Zyklonwärmetauscher-Systems kann sehr vorteilhaft die Vorwärmarbeit für das Einsatzmaterial den Reduktionsaggregaten vorgezogen werden. Sticking-Probleme treten hierbei nicht auf. Durch eine dosierte Entnahme von abgezweigtem Heißgas und Verbrennen dieses Teilstromes von Heißgas mit Luft können auf einfache Weise die eingesetzten Eisenerze kontrolliert vorgewärmt werden.By using a single or multi-stage cyclone heat exchanger system The preheating work for the feedstock in the reduction units can be very advantageous be preferred. Sticking problems do not arise here. Through a dosed Removal of branched off hot gas and burning of this partial flow of hot gas The iron ores used can be preheated in a controlled manner with air in a simple manner will.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das reduzierende Heißgas nach der ersten Reduktionsstufe in einen Wärmetauscher-Reaktor eingeleitet wird, in welchem eine Vorwärmung der eingesetzten Kohle bis auf eine Temperatur von ca. 300 OC erfolgt. Durch direkte oder indirekte Vorwärmung der Kohle kann nach der Verwendung des Heißgases als Reduktionsmittel bei der zweistufigen Reduktion zur Verbesserung der Wärmebilanz des Gesamtsystems sehr vorteilhaft -noch weitere restliche, im Heißgas enthaltene Wärme im Verfahrensprozeß genutzt werden.In a further embodiment of the invention it is provided that the reducing Hot gas introduced into a heat exchanger reactor after the first reduction stage is, in which a preheating of the coal used up to a temperature from approx. 300 OC. By preheating the coal directly or indirectly, after the use of the hot gas as a reducing agent in the two-stage reduction very beneficial for improving the heat balance of the overall system - and more remaining heat contained in the hot gas can be used in the process.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die reduzierten feinkörnigen Eisenerze aus der zweiten Reduktionsstufe mit einer Temperatur von ca. 600 OC, mittels eines Teilstromes von heruntergekühltem und entstaubtem Heißgas als Treibgas, in den Schmelzreaktor eingeblasen werden. Für die reduzierten Eisenerze wird sehr vorteilhaft ein Teil des überschüssigen Heißgases als Transportmedium verwendet, wobei das dem Heißgas als Teilstrom abgezweigte Treibgas wie ein Inertgas wirkt.In a further embodiment of the invention it is provided that the reduced fine-grain iron ores from the second reduction stage with a temperature of approx. 600 OC, by means of a partial flow of cooled and dedusted hot gas as propellant gas, are blown into the melting reactor. For the reduced iron ores a part of the excess hot gas is very advantageous as a transport medium used, the propellant gas branched off as a partial flow from the hot gas such as an inert gas works.
Anderes teures Inertgas als Treibgas ist hierbei nicht erforderlich.No other expensive inert gas is required as a propellant.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß dem Schmelzreaktor Kalkstein in erforderlicher Menge derart eingegeben wird, daß die Schlackenbasizität (CaO/SiO2-Verhältnis) mindestens bei 1 gehalten wird.In a further embodiment of the invention it is provided that the melt reactor Limestone is entered in the required amount in such a way that the slag basicity (CaO / SiO2 ratio) is kept at least at 1.
Dadurch wird mit Sicherheit gewährleistet, oaß die dem Verfahren zugeführten Schwefelbestanoteile aus aer eingesetzten Kohle in der Schlacke am Kalk abgebunden werden, so daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein schwefelarmes Roheisen und ein nahezu schwefelfreies energiehaltiges Heißgas entsteht.This ensures with certainty that the data submitted to the process are assured Sulfur constituents from the coal used are bound in the slag on the lime are, so that in the method according to the invention, a low-sulfur pig iron and an almost sulfur-free, energetic hot gas is produced.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Schmelzreaktor mit einem Druck von ca. 1 bis 5 bar, vorzugsweise mit 3 bar, betrieben wird. Durch einen erhöhten Betriebsdruck von 1 bis 5 bar, vorzugsweise von 3 bar, erfolgt eine höhere Gasausnutzung in einem vorgegebenen festen Reaktionsraum bei gleichzeitig vermindertem Staubanfall. Das als Reduktionsgas verwendete Heißgas steht unter Druck zur Verfügung, wodurch Druckverluste im Gesamtsystem ausgeglichen werden können.In a further embodiment of the invention it is provided that the melt reactor is operated at a pressure of about 1 to 5 bar, preferably 3 bar. By an increased operating pressure of 1 to 5 bar, preferably 3 bar, takes place higher gas utilization in a given fixed reaction space at the same time reduced dust accumulation. The hot gas used as the reducing gas is under pressure available, whereby pressure losses in the overall system can be compensated.
Weiterhin werden durch den erhöhten Betriebsdruck thermodynamische Vorteile wie beschleunigt ablaufende Reaktionen und Unterdrückung der Rußbildung aus den Reduktionsgasen erreicht.Furthermore, the increased operating pressure makes them thermodynamic Advantages such as accelerated reactions and suppression of soot formation achieved from the reducing gases.
Vorrichtungsmäßig wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, daß die Reduktionseinheit wenigstens zweistufig ausgebildet ist, wobei die Reduktionseinheit in aer ersten Reaktionsstufe aus einem Gleichstrom-Flugstaubreaktor und in der zweiten Reduktionsstufe aus einem Wirbelbett-Reaktor besteht, in welchen wenigstens eine Kohle/Kalk-Zuführungsleitung einmündet. Durch die zweistufige Reduktion der feinkörnigen Eisenerze wird bei optimaler Gasausnutzung und Vermeidung des Sticking-Verhaltens der anreduzierten Erzpartikel durch die zugeführte Kohle sehr vorteilhaft ein hoher Reduktionsgrad bei kurzen Reduktionszeiten erreicht.In terms of device, the object according to the invention is achieved by that the reduction unit is designed at least in two stages, the reduction unit in the first reaction stage from a cocurrent airborne dust reactor and in the second Reduction stage consists of a fluidized bed reactor, in which at least one Coal / lime feed line opens. Due to the two-stage reduction of the fine-grained Iron ore is made with optimal gas utilization and avoidance of sticking behavior the reduced ore particles due to the supplied coal are very advantageously higher Degree of reduction achieved with short reduction times.
Die Kombination der beiden Reduktionsstufen ermöglicht auf besonders vorteilhafte Weise eine schnelle Reduktion der feinkörnigen Eisenerzpartikel, deren Korngröße im wesentlichen unter 2 mm liegt, auf einen über 90 % hohen Reduktionsgrad. Nach der zweiten Reduktionsstufe ist sehr vorteilhaft die Möglichkeit gegeben, durch Kreislaufführung der anreduzierten Erzpartikel die Verweilzeit im reduzierenden Heißgasstrom bis zur Erreichung eines hohen Reduktionsgrades zu verlängern.The combination of the two reduction levels enables particularly advantageous way a rapid reduction of the fine-grained iron ore particles whose Grain size is essentially less than 2 mm, to a degree of reduction of over 90%. After the second reduction stage, there is a very advantageous opportunity to go through Circulation of the reduced ore particles, the dwell time in the reducing To extend hot gas flow until a high degree of reduction is achieved.
In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der zweistufigen Reduktionseinheit, bezogen auf den Gasstrom des Heißgases, die Heidgasabkühleinheiz vorgeschaltet ist, die als Kohlewärmetauscher-System, insbesondere als Kohleverkokungseinrichtung, ausgebildet ist. Mit der Heißgasabkühleinheit in Form eines Kohlewärmetauscher-Systems, vorzugsweise einer als Gleichstrom-Flugstaubreaktor ausgebildeten Kohleverkokungseinrichtung, ist dem Fachmann sehr vorteilhaft eine einfache und problemlose Möglichkeit zur Abkühlung des über 1400 OC heißen energiehaltigen Heißgases gegeben, wobei die vom Heißgas abgegebene Energie nicht verloren geht, sondern vielmehr direkt zur Veredelung eines im Verfahren benötigten Reaktionsmittels, nämlich zur Umwandlung von Kohle in Koks, ohne jeglichen Bedarf an Fremdenergie (zum Beispiel elektrische Energie) genutzt wird.In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the two-stage reduction unit, based on the gas flow of the hot gas, the Heidgasabkühlinheiz is connected upstream, as a coal heat exchanger system, in particular is designed as a coal coking device. With the hot gas cooling unit in In the form of a coal heat exchanger system, preferably one as a co-current airborne dust reactor trained coal coking device is very advantageous to the person skilled in the art simple and problem-free way to cool down the energy-containing one, which is over 1400 OC Hot gas given, whereby the energy given off by the hot gas is not lost, but rather directly for the refinement of a reaction agent required in the process, namely for converting coal into coke, without any need for external energy (for example electrical energy) is used.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der zweistufigen Reduktionseinheit, bezogen auf den Gasstrom des Heißgases, eine Erzvorwärmeinheit nachgeschaltet ist, die vorzugsweise als wenigstens zweistufiges Zyklon-Wäretauschersystem ausgebildet ist.In a further embodiment of the invention it is provided that the two-stage Reduction unit, based on the gas flow of the hot gas, an ore preheating unit is connected downstream, which is preferably as an at least two-stage cyclone heat exchanger system is trained.
Hierdurch können die eingesetzten feinkörnigen Eisenerze durch heißes Abgas sehr einfach auf eine gewünschte Temperatur von beispielsweise 300 OC vorgewärmt werden, bevor sie in die erste Reduktionsstufe geleitet werden. Zur Erzeugung des oxidierenden Abgases für die Vorwärmung der feinkörnigen Eisenerze wird einfach ein Teil des abströmenden Heißgases dosiert abgezweigt und unter Zugabe von Luft verbrannt. Die heißen Verbrennungsgase werden auf vorteilhafte Weise zur Trocknung und Vorwärmung der Erzpartikel und zugemischten Kalksteinpartikel verwendet.This allows the fine-grained iron ores used to pass through hot Exhaust gas preheated very easily to a desired temperature of, for example, 300 OC before they are passed into the first reduction stage. To generate the oxidizing exhaust gas for preheating the fine-grain iron ores becomes easy part of the outflowing hot gas is branched off in a metered manner and with the addition of air burned. The hot combustion gases are advantageously used for drying and preheating of the ore particles and admixed limestone particles are used.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird anhand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Vorrichtung, in Form eines Blockschaltbildes näher erläutert, aus dem weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung zu entnehmen sind.The method according to the invention is based on one in the drawing schematically shown device, explained in more detail in the form of a block diagram, from which further measures and advantages of the invention can be found.
Die Vorrichtung besteht aus einem Schmelzreaktor 1, der über Reaktionsmittelzuführungsleitungen 5, 6, 7, 8 und Produktabführungsleitungen 9, 10, 11 mit einer Reduktionseinheit 2 und einer Vorwärmeinheit 3 für die feinkörnigen Eisenerze, sowie einer Heißgasabkühleinheit 4 in Verbindung steht.The device consists of a smelting reactor 1, which is supplied via reactant feed lines 5, 6, 7, 8 and product discharge lines 9, 10, 11 with a reduction unit 2 and a preheating unit 3 for the fine-grain iron ores, as well as a hot gas cooling unit 4 communicates.
An den Schmelzreaktor 1 sind eine Sauerstoffleitung 5, eine Kohle/Koks-Gemischzuführungsleitung 6, eine Erz-Zuführungsleitung 7 und eine mit den Leitungen 6 und 7 verbundene Treibgasleitung 8 angeschlossen. Zum Abführen von Schlacke und hergestelltem Roheisen aus dem Schmelzreaktor 1 sind zwei Leitungen 9 und 10 vorgesehen.An oxygen line 5, a coal / coke mixture feed line, are attached to the smelting reactor 1 6, an ore feed line 7 and a propellant gas line connected to lines 6 and 7 8 connected. For discharging slag and produced pig iron from the smelting reactor 1 two lines 9 and 10 are provided.
Uber eine Heißgasleitung 11 steht der Schmelzreaktor 1 mit der Heißgasabkühleinheit 4 in Verbindung, welche im wesentlichen aus einem als Gleichstrom-Flugstaubreaktor 12 ausgebildeten Kohlewärmetauscher-System besteht. An den Gleichstrom-Flugstaubreaktor 12 sind im unteren Bereich weiterhin eine Kohlezuführungsleitung 13 mit einer Dosiervorrichtung 14 und eine Wasserdampfzuführungsleitung 15 angeschlossen. Der Gleichstrom-Flugstaubreaktor 12 ist über eine Leitung 16 mit einem Zyklonabscheider 17 verbunden. Als Feststoffaustragsvorrichtung ist bei dem Zyklonabscheider 17 eine Transportschnecke 18 vorgesehen, die über eine Leitung 19 mit einer Kohle/Koks-Mischvorrichtung 20 in Verbindung steht. Der Heißgasaustritt aus dem Zyklonabscheider 17 erfolgt über eine Gasleitung 21 in die zweistufige Reduktionseinheit 2, die in der ersten Reduktionsstufe als Gleichstrom-Flugstaubreaktor 22 und in der zweiter Reduktionsstufe als Wirbelbettreaktor 23 ausgebildet ist.The melting reactor 1 with the hot gas cooling unit is located via a hot gas line 11 4 in connection, which essentially consists of a DC fly ash reactor 12 trained coal heat exchanger system consists. To the DC fly ash reactor 12 are also a coal feed line 13 with a metering device in the lower area 14 and a water vapor supply line 15 connected. The DC fly ash reactor 12 is connected to a cyclone separator 17 via a line 16. As a solids discharge device a screw conveyor 18 is provided in the cyclone separator 17, which has a Line 19 with a coal / coke mixer 20 is in communication. The hot gas outlet from the cyclone separator 17 takes place via a gas line 21 into the two-stage reduction unit 2, which is used in the first reduction stage as a direct current fly ash reactor 22 and in the second reduction stage is designed as a fluidized bed reactor 23.
In den Wirbelbett-Reaktor 23 münden im unteren Bereich neben der bereits erwähnten Gasleitung 21 noch eine weitere Leitung 24 zum Eindüsen von geringen Mengen an Sauerstoff, Wasserdampf und gegebenenfalls Kalksteinstaub, sowie eine Feststoffleitung 25 zum Eintragen von vorreduziertem Eisenerz über Leitung 26 aus der ersten Reduktionsstufe und feinkörniger vorgewärmter Kohle aus einer Kohlezweigleitung 27, sowie eine Feststoff-Zweigleitung 28 zum Rückführen von anreduziertem Eisenerz. Der Wirbelbett-Reaktor 23 der zweiten Reduktionsstufe steht über eine Flugstromleitung 29 mit einem Abscheidezyklon 30 in Verbindung. Der Feststoffaustrag beziehungsweise die untere Spitze des Abscheidezyklones 30 mündet in die Erzzuführungsleitung 7 beziehungsweise in die Feststoffzweigleitung 28. Die zum Schmelzreaktor 1 führende Erzzuführungsleitung 7 weist an geeigneter Stelle zum Beispiel in der Nähe der Abzweigleitung 28 eine Dosiervorrichtung 31 auf. Der aus dem Abscheidezyklon 30 austretende Heißgasstrom führt über eine Gasleitung 32 in den Gleichstrom-Flugstaubreaktor 22 der ersten Reduktionsstufe. Außer der Gasleitung 32 münden weiterhin noch eine Feststoffzuführungsleitung 33 und eine Gasleitung 34 zum Eindüsen von geringen Mengen an Sauerstoff und/oder Wasserdampf in den Flugstaubreaktor 22.In the fluidized bed reactor 23 open in the lower area next to the already mentioned gas line 21 yet another line 24 for injecting small quantities of oxygen, water vapor and possibly limestone dust, as well as a solids line 25 for introducing pre-reduced iron ore via line 26 from the first reduction stage and fine-grained preheated coal from a coal branch line 27, as well as a solid branch line 28 for recycling reduced iron ore. The fluidized bed reactor 23 of the second The reduction stage is via an entrained flow line 29 with a separating cyclone 30 in connection. The solids discharge or the lower tip of the cyclone separator 30 opens into the ore feed line 7 or into the solids branch line 28. The ore feed line 7 leading to the smelting reactor 1 points to a suitable one For example, place a metering device 31 near the branch line 28 on. The hot gas stream emerging from the separating cyclone 30 leads via a gas line 32 in the direct current fly ash reactor 22 of the first reduction stage. Except the Gas line 32 also open into a solids supply line 33 and a Gas line 34 for injecting small amounts of oxygen and / or water vapor into the particulate matter reactor 22.
Der Gas/Feststoff-Austrag aus dem Flugstaubreaktor 22 wird über eine Leitung 35 in einen Abscheidezyklon 36 geleitet.The gas / solids discharge from the fly ash reactor 22 is via a Line 35 passed into a cyclone separator 36.
Der Feststoffaustrag aus dem Abscheidezyklon 36 ist über die Feststoffleitung 26 beziehungsweise 25 an den Wirbelbett-Reaktor 23 angeschlossen.The solids discharge from the cyclone separator 36 is via the solids line 26 or 25 connected to the fluidized bed reactor 23.
Das aus dem Abscheidezyklon 36 ausströmende Heißgas, das zuvor die Heißgaskühleinheit 4 und die zweistufige Reduktionseinheit 2 durchströmt hat, wird über eine Gasleitung 37 in eine indirekte Kohlevorwärmvorrichtung 38 geleitet. Von der Gasleitung 37 führt eine Heißgaszweigleitung 39 mit Dosiervorrichtung 40 in einen Abscheidezyklon 41 der Erzvorwärmeinheit 3. In die Heißgaszweigleitung 39 mündet zum einen eine Feststoffaustragsleitung 42 aus einem Abscheidezyklon 43 sowie zum anderen eine Luft/Sauerstoffleitung 44 zum Verbrennen eines über die Zweigleitung 39 abgezweigten Teilstromes des energiereichen Heißgases. Der Abscheidezyklon 41 steht mit aem Abscheidezyklon 43 über eine Flugstromleitung 45 in Verbindung, in welche über die Feststoffleitungen 46 und 47 die eingesetzten Rohstoffe Erz und Kalk aus einem Erzbunker 48 und einem Kalkbunker 49 zugeführt werden. Das aus dem Abscheidezyklon 43 austretende Abgas wird über eine Abgasleitung 50 nach einer Entstaubung in einen Schornstein 51 geleitet und an die Atmosphäre abgegeben.The hot gas flowing out of the cyclone separator 36, which was previously the Has flowed through the hot gas cooling unit 4 and the two-stage reduction unit 2 passed via a gas line 37 into an indirect coal preheating device 38. from a hot gas branch line 39 with a metering device 40 leads into the gas line 37 a Separation cyclone 41 of the ore preheating unit 3. In the hot gas branch line 39 opens, on the one hand, a solids discharge line 42 from a separating cyclone 43 and, on the other hand, an air / oxygen line 44 for burning one via the branch line 39 branched off partial flow of the high-energy hot gas. The separation cyclone 41 is in connection with a separating cyclone 43 via an entrained flow line 45 which via the solids lines 46 and 47 the raw materials used ore and Lime can be supplied from an ore bunker 48 and a lime bunker 49. That from the Exhaust gas exiting from the cyclone 43 is passed through an exhaust gas line 50 after dedusting passed into a chimney 51 and released into the atmosphere.
Der einzige in das Verfahren eingesetzte Energieträger Kohle, das kann jede beliebige preisgünstige Kohle mit hohen Asche- und Schwefelanteilen sein, wird aus einem Kohlebunker 52 über eine Kohleleitung 53 in die Kohlevorwärmvorrichtung 38 gefördert. Die Kohlevorwärmvorrichtung 38 steht mit der Kohle-Koks-Mischvorrichtung 20 über eine Kohleförderleitung 54 in Verbindung, von der die Kohle-Zuführungsleitungen 27 und 13 abzweigen. Das die Kohlevorwärmvorrichtung 38 verlassende überschüssige energiehaltige Heißgas wird über eine Exportgasleitung 55 einem beliebigen Verwendungszweck zugeführt. Von der Exportgasleitung 55 wird jedoch für Transportzwecke über eine Gasleitung 56 ein Teilgasstrom des Exportgases als Treibgas abgezweigt und einer Entstaubungsvorrichtung 57 zugeführt. Die Entstaubungsvorrichtung 57 steht über eine Treibgas leitung 58 mit einem Verdichter beziehungsweise Kompressor 59 mit der sich daran anschließenden Treibgasleitung 8 in Verbindung, die unterhalb des Schmelzreaktors 1 lr, die Kohle/Koksgemisch-Zuführungsleitung 6 und die Erzzuführungsleitung 7 einmündet. Von der Treibgasleitung 8 führt weiterhin eine Treibgaszweigleitung 60 in die Kohle/Koks-Mischvorrichtung 20.The only energy source used in the process, coal, that can be any inexpensive coal with a high ash and sulfur content, is from a coal bunker 52 via a coal line 53 in the coal preheating device 38 funded. The coal preheater 38 is associated with the coal-coke mixer 20 via a coal conveyor line 54 in connection, from which the coal feed lines 27 and 13 branch off. The excess leaving the coal preheater 38 Energy-containing hot gas can be used for any purpose via an export gas line 55 fed. From the export gas line 55, however, for transport purposes via a Gas line 56 branches off a partial gas flow of the export gas as propellant gas and one Dedusting device 57 supplied. The dedusting device 57 protrudes a propellant gas line 58 with a compressor or compressor 59 with the adjoining propellant gas line 8 in connection, which is below the Melting reactor 1 lr, the coal / coke mixture feed line 6 and the Ore supply line 7 joins. A propellant branch line also leads from the propellant gas line 8 60 into the coal / coke mixer 20.
Beim Betrieb der Vorrichtung mit einer Anlagenkapazität von beispielsweise 450.000 t/a Roheisen werden die Rohstoffe Erz in einer Menge von 75 t/h u-nd Kalkstein in einer Menge von 5,7 t/h aus dem Erzbunker 48 und dem Kalksteinbunker 49 über die Leitungen 46 und 47 mengenmäßig dosiert der Erzvorwärmeinheit 3 zugeführt, wobei sie in die Flugstromleitung 45 eingegeben und von heißem Abgas erfaßt werden und hiernach erwärmt in den Abscheidezyklon 43 gelangen. Im Abscheidezyklon 43 werden die mitgeführten feinkörnigen Rohstoffe von dem Abgas getrennt. Das Abgas gelangt über die Abgasleitung 50 nach einer Staubabscheidung, zum Beispiel in einem Elektrofilter mit Staubrückführung, in den Schornstein 51 und verläßt das System in die Atmosphäre.When operating the device with a system capacity of, for example 450,000 t / a pig iron are the raw materials ore in a quantity of 75 t / h and limestone in an amount of 5.7 t / h from the ore bunker 48 and the limestone bunker 49 the lines 46 and 47 are fed to the ore preheating unit 3 in dosed quantities, wherein they are entered into the entrained flow line 45 and are detected by hot exhaust gas and then get heated into the separating cyclone 43. Be in the separating cyclone 43 the entrained fine-grain raw materials are separated from the exhaust gas. The exhaust gas arrives via the exhaust pipe 50 after a dust separation, for example in an electrostatic precipitator with dust recirculation, into the chimney 51 and exits the system into the atmosphere.
Das im Zyklon 43 abgeschiedene Erz-Kalkstein-Gemisch gelangt über die Gas-Feststoffleitungen 42 und 39 in den zweiten Abscheidezyklon 41. Uber die Heißgas-Zweigleitung 39 wird aus der Heißgasleitung 37 eine Teilmenge mit ca.The ore-limestone mixture separated in cyclone 43 passes over the gas-solids lines 42 and 39 in the second cyclone separator 41. About the Hot gas branch line 39 is a subset of the hot gas line 37 with approx.
700 OC des im Verfahren erzeugten Heißgases abgezweigt und über eine Dosiervorrichtung 40 unter Zusatz der erforderlichen Verbrennungsluft aus der Luftleitung 44 verbrannt. Das dabei entstehende heiße Abgas heizt das Erz-Kalksteingemisch in der Vorwärmeinheit 3 weiter bis auf ca. 360 OC auf. Aus dem Abscheidezyklon 41 gelangt das vorgewärmte Feststoffgemisch über die Leitung 33 in die erste Reduktionsstufe, den Gleichstrom-Flugstaubreaktor 22, werden neben dem Erz-Kalksteingemisch weiterhin noch das als Reduktionsgas wirkende, im Verfahren erzeugte energiehaltige Heißgas (ca. 1000 OC; CO: 60,7 96 H2: 18,0 %) über die Leitung 32 und Wasserdampf (ca. 140 °C, 20 bar) über die Leitung 34 zur Unterdrückung einer Rußbildung eingeblasen. In dem Gleichstrom-Flugstaubreaktor 22 wird das vorgewärmte Eisenerz bis hin zum Wüstit (fig,9470) auf einen Reduktionsgrad (RG) von ca. 30 % vorreduziert. Hierbei dissoziiert der Kalkstein in Kalk und Kohlendioxid. Die Feststoffe (76,3 t/h, 700 OC, 30 X RG) gelangen mit dem Heißgas bei ca. 700 OC aus dem Gleichstrom-Flugstaubreaktor 22 über die Leitung 35 in aen Abscheidezyklon 36, wo sie vom Heißgas getrennt werden und über die Leitungen 26 und 25 in die zweite Reduktionsstufe, den Wirbelbett-Reaktor 23 gelangen. Gleichzeitig mit dem Erz/Kalkgemisch werden zur Stickingverhinderung über die Leitungen 25, 27 ca. 6 t/h Steinkohle in den Wirbelbett-Reaktor 23 eingeblasen. Das reduzierende Heißgas gelangt mit ca. 1000 OC über die Leitung 21 in den Wirbelbett-Reaktor 23.700 OC of the hot gas generated in the process and via a Dosing device 40 with the addition of the required combustion air from the air line 44 burned. The resulting hot exhaust gas heats the ore-limestone mixture in of the preheating unit 3 further up to approx. 360 OC. Arrives from the separating cyclone 41 the preheated solid mixture via line 33 into the first reduction stage, the direct current fly ash reactor 22, will continue to be used in addition to the ore-limestone mixture nor the energy-containing hot gas that acts as a reducing gas and is generated in the process (approx. 1000 OC; CO: 60.7 96 H2: 18.0%) via line 32 and steam (approx. 140 ° C, 20 bar) via line 34 to suppress soot formation blown in. In the DC fly ash reactor 22, the preheated iron ore all the way to wüstite (fig, 9470), pre-reduced to a degree of reduction (RG) of approx. 30%. The limestone dissociates into lime and carbon dioxide. The solids (76.3 t / h, 700 OC, 30 X RG) arrive with the hot gas at approx. 700 OC from the direct current fly ash reactor 22 via line 35 in a separating cyclone 36, where they are separated from the hot gas and via lines 26 and 25 to the second reduction stage, the fluidized bed reactor 23 arrive. Simultaneously with the ore / lime mixture are used to prevent sticking About 6 t / h of hard coal are blown into the fluidized bed reactor 23 via the lines 25, 27. The reducing hot gas reaches the fluidized bed reactor at approx. 1000 ° C. via line 21 23
Die zur Unterbindung des Sticking-Verhaltens der frisch reduzierten Erzpartikel zugeführte Kohlemenge wandelt sich bei der vorherrschenden Temperatur von 100G °C vollständig zu Kohlenmonoxid um. Zum Ausgleich des Wärmehaushaltes muß ein Teil dieses Kohlenmonoxides zu Kohlendioxid verbrannt werden. Dazu wird über die Leitung 24 die erforderliche Menge Sauerstoff und gegebenenfalls Wasserdampf in den Wirbelbett-Reaktor 23 eingeblasen.The ones to prevent sticking behavior of the freshly reduced ones The amount of coal fed to ore particles changes at the prevailing temperature from 100G ° C completely to carbon monoxide. To balance the heat balance must some of this carbon monoxide can be burned to carbon dioxide. This is done via the line 24 the required amount of oxygen and optionally water vapor blown into the fluidized bed reactor 23.
Das reduzierte Eisenerz (ca. 60 t/h, 1000 OC, 90 % RG) gelangt im Flugstrom mit dem Heißgas über die Leitung 29 in den Abscheidezyklon 30. Im Abscheidezyklon 30 werden die reduzierten Eisenerze zusammen mit dem im Feststoffgemisch enthaltenen Kalk von dem Heißgas abgetrennt. Das Heißgas wird über eine Leitung 32 aus dem Abscheidezyklon 30 in den Gleichstrom-Flugstaubreaktor 22 der ersten Reduktionsstufe eingeleitet. Zur Erreichung eines ausreichenden Reduktionsgrades können die reduzierten Erzpartikel durch Verlängerung der Verweilzeit aus dem Abscheidezyklon 30 Uber eine Rückführleitung 28 teilweise in den Wirbelbett-Reaktor 23 zurückgeführt beziehungsweise im Kreislauf geführt werden. Die ausreichend reduzierten Erzpartikel (RG 90 %) werden aus dem Abscheidezyklon 30 über eine Dosiervorrichtung 31 in dosierter Menge (60 t/h) Uber die Erzzuführungsleitung 7 dem Schmelzreaktor 1 zugeführt.The reduced iron ore (approx. 60 t / h, 1000 OC, 90% RG) arrives in the Entrained flow with the hot gas via line 29 into the separating cyclone 30. In the separating cyclone 30 are the reduced iron ores together with that contained in the solid mixture Lime separated from the hot gas. The hot gas is discharged from the separating cyclone via a line 32 30 introduced into the direct current fly ash reactor 22 of the first reduction stage. To achieve a sufficient The degree of reduction can reduced ore particles by extending the residence time from the separation cyclone 30 partially returned to the fluidized bed reactor 23 via a return line 28 or be circulated. The sufficiently reduced ore particles (RG 90%) are dosed from the separating cyclone 30 via a dosing device 31 Amount (60 t / h) fed to the smelting reactor 1 via the ore feed line 7.
Im Verfahren wird als einziger Energieträger feinkörnige Kohle eingesetzt. Dazu gelangt aus dem Kohlebunker 52 Steinkohle in dosierter Menge (49,3 t/h) über die Leitung 53 in die Kohlevorwärmeinheit 38, in der die Kohle indirekt durch Heißgas auf etwa 1500 bis 300 OC vorgewärmt werden kann. Dazu wird das aus dem Abscheidezyklon 36 der Reduktionseinheit 2 abgezogene und über die Heißgasleitung 37 der Kohlevorwärmeinheit 38 zugeführte Heißgas verwendet.Fine-grain coal is the only energy source used in the process. For this purpose, hard coal passes over from the coal bunker 52 in dosed quantities (49.3 t / h) the line 53 in the coal preheating unit 38, in which the coal is indirectly through hot gas can be preheated to around 1500 to 300 oC. This is done using the cyclone separator 36 of the reduction unit 2 and withdrawn via the hot gas line 37 of the coal preheating unit 38 supplied hot gas is used.
Die vorgewärmte Kohle wird im Verfahren für verschiedene Verwendungszwecke in verschiedene Anlagenteile eingegeben.The preheated coal is used in the process for various purposes entered in different parts of the system.
Aus der Kohlevorwärmeinheit 38 gelangt über die Leitungen 54 und 27 ein Teil (6 t/h) der Kohle wie oben beschrieben zur UnterdrUckung des Sticking-Verhaltens der reduzierten Erzpartikel in den Wirbelschicht-Reaktor 23 der zweiten Reduktionsstufe. Ein wesentlicher Teil der Kohle wird für die Kühlung des ca. 1400 0C heißen im Schmelzreaktor 1 entstandenen Heißgases benötigt. Dazu wird dieser Teil der Kohle aus der Leitung 54 über die Leitung 13 abgezweigt und mittels der Dosiervorrichtung 14 mengenmäßig dosiert (24 t/h) der Kohleverkokungseinrichtung, nämlich dem Gleichstrom-Flugstaubreaktor 12 der Heißgaskühlvorrichtung 4 zugeführt. In dem Gleichstrom-Flugstaubreaktor 12 wird das über die Leitung 11 aus dem Schmelzreaktor 1 zuströmende Heißgas durch Wärmeentzug für den Verkokungsprozeß der eingesetzten Kohle von über 1400 OC auf ca. 1000 OC abgekühlt.From the coal preheating unit 38 passes via lines 54 and 27 a part (6 t / h) of the coal as described above to suppress sticking behavior the reduced ore particles in the fluidized bed reactor 23 of the second reduction stage. A substantial part of the coal is used for cooling the approx. 1400 ° C hot in the smelting reactor 1 produced hot gas is required. To do this, this part of the coal is removed from the pipe 54 branched off via the line 13 and in terms of quantity by means of the metering device 14 dosed (24 t / h) of the coal coking device, namely the direct current fly ash reactor 12 of the hot gas cooling device 4 is supplied. In the DC fly ash reactor 12 the hot gas flowing in from the melt reactor 1 via the line 11 is passed through Heat extraction for the Coking process of the coal used by cooled above 1400 OC to approx. 1000 OC.
Zur Unterdrückung einer Rußausbildung wird über Leitung 15 eine ausreichende Menge an Dampf in die als Gleichstrom-Flugstaubreaktor ausgebildete Kohleverkokungseinrichtung beziehungsweise in das Kohlewärmetauscher-System eingedüst. Die verkokte Kohle wird als Koks (20,7 t/h) von dem heruntergekühlten Heißgas über die Leitung 16 aus dem Gleichstrom-Flugstaubreaktor 12 in den Abscheidezyklon 17 transportiert. Hier werden die Feststoffe vom Heißgas getrennt, welches aus dem Abscheidezyklon 17 über die Leitung 21 in den Wirbelbett-Reaktor 23 der zweiten Reduktionsstufe gelangt und als gasförmiges Reduktionsmittel verwendet wird.In order to suppress the formation of soot, a line 15 is provided with a sufficient one Amount of steam in the coal coking device, which is designed as a cocurrent airborne dust reactor or injected into the coal heat exchanger system. The coked coal will as coke (20.7 t / h) from the cooled down hot gas via line 16 from the DC fly ash reactor 12 transported into the cyclone 17 separator. Be here the solids separated from the hot gas, which from the separating cyclone 17 via the Line 21 enters the fluidized bed reactor 23 of the second reduction stage and is used as a gaseous reducing agent.
Die abgetrennten Kokspartikel weraen mittels einer Dosier-beziehungsweise Förderschnecke 18 aus dem Abscheidezyklon 17 ausgetragen und gelangen über die Leitung 19 in den Kohle/Koks-Mischer 20. In dem Kohle/Koks-Mischer 20 wird der Koks mit einer weiteren, über die Leitung 54 zugeführten Teilmenge (19,2 t/h) an Kohle vermischt und über die Leitung 6 als Ausgangsstoff für die Heißgasherstellung dem Schmelzreaktor 1 zugeführt.The separated coke particles were added by means of a metering or metering device Conveyor screw 18 discharged from the cyclone separator 17 and arrive via the line 19 in the coal / coke mixer 20. In the coal / coke mixer 20, the coke is with mixed with a further partial amount (19.2 t / h) of coal fed in via line 54 and via line 6 as the starting material for the production of hot gas, the smelting reactor 1 supplied.
Von dem im Prozeß erzeugten Heißgas wird, nachdem es mit einer Temperatur von ca. 700 OC über die Leitung 55 die indirekte Kohlevorwärmeinheit 38 verlassen hat, über die Leitung 56 eine Teilmenge (ca. 10.000 m3/h) abgezweigt.From the hot gas generated in the process is after it with a temperature of approx. 700 OC leave the indirect coal preheating unit 38 via the line 55 has branched off a partial amount (approx. 10,000 m3 / h) via line 56.
Dieser Teilgasstrom des Heißgases wird als Transportgas beziehungsweise als inertes Treibgas zum Einblasen der partikelförmigen Feststoffe in den Schmeizreaktor 1 verwendet. Dazu wird der Teilgasstrom des Heißgases in der Entstaubungsvorrichtung 57 entstaubt und über die Leitung 58 mittels eines zwischengeschalteten Verdichters 59 weiter über die Treibgasleitung 8 in die Erzzuführungsleitung 7 und in die Kohle/Kokszuführungsleitung 6 eingeblasen. Von der Leitung 58 kann weiterhin eine Teilgasleitung 60 abgezweigt sein, welche einen Teilgasstrom des Treibgases in die Kohle/Koksmischvorrichtung 20 leitet. Dadurch wird ein besseres Vermischen des Kokes mit der Kohle und ein besserer Weitertransport dieses Gemisches über die ZufUhrungsleitung 6 in den Schmelzreaktor 1 erreicht. Zur Vergasung der kohlenstoffhaltigen Feststoffe Kohle und Koks werden über die Leitung 5 ca. 26.300 m3/h Sauerstoff in den Schmelzreaktor 1 eingeblasen. Ausgehend von 75 t/h eingesetztem Erz und 49,3 t/h Steinkohle werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach den angegebenen Zahlenbeispielen in dem Schmelzreaktor 1 neben einer über die Leitung 9 abgezogenen Schlackenmenge (12,8 t/h) 50,9 t Roheisen (mit 4 96 C) erzeugt und über Leitung 10 abgeführt.This partial gas flow of the hot gas is called transport gas respectively as an inert propellant for injecting the particulate solids into the melting reactor 1 used. For this purpose, the partial gas flow of the hot gas is in the dedusting device 57 dedusted and via line 58 by means of an interposed compressor 59 next via the propellant gas line 8 into the ore supply line 7 and blown into the coal / coke feed line 6. From line 58 can furthermore a partial gas line 60 be branched off, which a partial gas flow of the Propellant gas into the coal / coke mixer 20 passes. This will make a better one Mixing of the coke with the coal and a better further transport of this mixture Reached via the feed line 6 in the melting reactor 1. To gasify the Carbon-containing solids coal and coke are about 26,300 via line 5 m3 / h of oxygen is blown into the melting reactor 1. Assuming 75 t / h used Ore and 49.3 t / h hard coal are in the process according to the invention according to the given numerical examples in the melt reactor 1 in addition to one over the line 9 withdrawn slag amount (12.8 t / h) 50.9 t pig iron (at 4 96 C) and Discharged via line 10.
3 Weiterhin werden im Schmelzreaktor 1 ca. 79.900 m3/h Heißgas (CO: 84,3 %, H2: 15,2 9ó) erzeugt, welches bei der Verkokung und bei der Reduktion mit Kohlezugabe mengenmäßig zunimmt und in einer Menge von ca. 106.000 m3/h als Exportgas (CO: 41,4 %, H2: 26,3 ió, C02: 22,8 %, H20: 9,0 9s) für beliebige Zwecke abgegeben wird. Dieses Exportgas kann beispielsweise nach entsprechender Behandlung als Ausgangsstoff zur chemischen Synthese verwendet oder in einem Wärme-Kraft-Prozeß verstromt werden.3 Furthermore, approx. 79,900 m3 / h of hot gas (CO: 84.3%, H2: 15.2 9ó), which is generated during coking and reduction with Coal addition increases in quantity and in an amount of approx. 106,000 m3 / h as export gas (CO: 41.4%, H2: 26.3 ió, C02: 22.8%, H20: 9.0 9s) for any purpose will. This export gas can, for example, be used as a starting material after appropriate treatment used for chemical synthesis or converted into electricity in a heat and power process.
Die im Verfahren benötigte Steinkohle kann teilweise durch Braunkohle substituiert werden. Bei einem vergleichbaren Erzeinsatz von 75 t/h kann durch Zuführung von 8,5 t Braunkohle in die zweite Reduktionsstufe und durch Zuführung von 35,5 t Braunkohle in den Kohlewärmetauscher 12 ca. 10,9 t/Steinkohle ersetzt werden. Dabei müssen aus energetischen Gründen jedoch weiterhin 34,8 t Steinkohle in den Schmelzreaktor 1 eingesetzt werden. Die Berechnungsergebnisse zur Teilsubstitution der Steinkohle durch Braunkohle zeigen, daß zur Aufrechterhaltung eines ausgeglichenen Energiehaushaltes bei Verwendung von Braunkohle aufgrund ihres hohen Gehaltes an flüchtigen Bestandteilen mehr Kohlenstoff vergast werden muß. Die Teilsubstitution der Steinkohle durch Braunkohle steigert den Gesamt-Kohlenstoffbedarf um ca. 20 %. Demgemäß ist auch ein erhöhter Gasüberschuß zu verzeichnen. Durch den geringeren Braunkohlepreis kann aber der Einsatz von Braunkohle vorteilhaft sein. Da Braunkohlen einen höheren Wasserstoff-, Sauerstoff- und Feuchtegehalt als Steinkohlen haben, besteht bei Einsatz von Braunkohle in das Kohle/Koks-Wärmetauschersystem die Gefahr der Rußbildung nicht. Damit entfällt eine Wasserdampfzugabe in dieser Prozeßstufe.The hard coal required in the process can partly be replaced by lignite be substituted. With a comparable ore input of 75 t / h, feed of 8.5 t of lignite into the second reduction stage and by adding 35.5 t t brown coal in the coal heat exchanger 12 approx. 10.9 t / hard coal can be replaced. For energy reasons, however, 34.8 t of hard coal must still be in the Melt reactor 1 are used. The calculation results for partial substitution the coal by lignite show that to maintain a balanced energy balance when using lignite due to its high volatile content, more carbon has to be gasified. The partial substitution of hard coal by lignite increases the total carbon requirement by approx. 20%. Accordingly, there is also an increased excess of gas. Through the If the price of brown coal is lower, however, the use of brown coal can be advantageous. Because brown coals have a higher hydrogen, oxygen and moisture content than hard coals exists when lignite is used in the coal / coke heat exchanger system there is no danger of soot formation. There is therefore no need to add water vapor to this Process stage.
Bei dieser Verfahrensvariante mit teilweisem Steinkohlenersatz durch Braunkohle werden in der erfindungsgemäßen Anlage ca. 51,2 t/h Roheisen und ca.In this process variant with partial hard coal replacement by In the plant according to the invention, about 51.2 t / h of pig iron and approx.
162.200 m3/h Exportgas hergestellt.162,200 m3 / h of export gas produced.
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| DE19843439070 DE3439070A1 (en) | 1984-10-25 | 1984-10-25 | Process and equipment for the continuous production of crude iron and energy-bearing hot gas from fine-grained iron ores and carbon carriers |
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| DE (1) | DE3439070A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0258678A3 (en) * | 1986-08-30 | 1988-07-20 | Fried. Krupp Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung | Process for the production of iron from fine-grained iron ores |
| DE4041689A1 (en) * | 1990-04-20 | 1991-10-24 | Orinoco Siderurgica | METHOD AND SYSTEM FOR PRODUCING STEEL FROM IRON-CONTAINING METAL OXIDES |
| EP1891246A4 (en) * | 2005-06-15 | 2009-11-04 | Austpac Resources N L | Processing of metal chloride solutions and method and apparatus for producing direct reduced iron |
-
1984
- 1984-10-25 DE DE19843439070 patent/DE3439070A1/en not_active Withdrawn
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