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EP0596095B1 - Verfahren und einrichtung zum erhitzen und schmelzen von stückigem eisenschwamm - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum erhitzen und schmelzen von stückigem eisenschwamm Download PDF

Info

Publication number
EP0596095B1
EP0596095B1 EP93912764A EP93912764A EP0596095B1 EP 0596095 B1 EP0596095 B1 EP 0596095B1 EP 93912764 A EP93912764 A EP 93912764A EP 93912764 A EP93912764 A EP 93912764A EP 0596095 B1 EP0596095 B1 EP 0596095B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
preheating
sponge iron
temperature
preheater
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP93912764A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0596095A1 (de
Inventor
William Wells
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vodafone GmbH
Original Assignee
Mannesmann AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mannesmann AG filed Critical Mannesmann AG
Publication of EP0596095A1 publication Critical patent/EP0596095A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0596095B1 publication Critical patent/EP0596095B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0006—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state
    • C21B13/0013—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state introduction of iron oxide into a bath of molten iron containing a carbon reductant
    • C21B13/002—Reduction of iron ores by passing through a heated column of carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/40—Gas purification of exhaust gases to be recirculated or used in other metallurgical processes
    • C21B2100/44—Removing particles, e.g. by scrubbing, dedusting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/60—Process control or energy utilisation in the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/66—Heat exchange

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1. Furthermore, it relates to a device according to the preamble of claim 10.
  • metallic iron carriers are heated in a batch preheater arranged above a melting furnace and then fed to the melting furnace.
  • An economical mode of operation is only possible in this case if materials are used as the iron carrier which do not have too great a reactivity to oxygen, because only then can the energy content of these exhaust gases be economically used for preheating by post-combustion of the exhaust gases from the melting furnace.
  • direct, reduced material, i.e. lumpy iron sponge, preheated then its high reactivity, especially at temperatures above 500 ° C, requires a reducing atmosphere to prevent greater oxidation losses when the iron sponge is heated.
  • the sponge iron mixed with coke was heated in a preheater.
  • such a process requires a considerable excess of high-energy exhaust gases and requires gas consumers in the vicinity of the plant.
  • the invention has for its object to enable a preheating of the highly reactive sponge iron to temperatures of about 850 ° C without substantial oxidation losses and at the same time to avoid an excess of high-energy exhaust gases in a method of the type mentioned in the preamble of claim 1. Furthermore, a facility for carrying out this method is to be specified.
  • the method according to the invention is characterized by the features of claim 1. Advantageous embodiments of the method can be found in claims 2 to 9.
  • the device according to the invention is characterized by the features of claim 10. Advantageous embodiments of this device are described in the remaining claims.
  • the different reactivity of the sponge iron at different high temperatures is made usable by preheating the sponge iron in several stages and assigning a certain temperature and a certain gas atmosphere to each of the preheating stages. While at high temperatures of 800 to 900 ° C the sponge iron can only be heated with reducing gases, it is possible to preheat the lower temperature, such as 250 or 500 ° C, to heat the sponge iron in a neutral atmosphere.
  • a significant increase in economy can be achieved.
  • the subdivision into different preheating stages and the control of temperature and gas atmosphere in these preheating stages can be implemented in a structurally particularly simple manner.
  • the first preheating chamber 11 is rectangular and has a gas outlet 21, which is connected via a line 22 to the gas cleaning system 19, and a charging opening 23, through which sponge iron 10 and limestone 24 can be introduced into the first preheating chamber 11.
  • the bottom of the first preheating chamber 11 is slidably mounted and designed to open and close the preheating chamber 11 as a slide 25 in order to bring predetermined amounts of sponge iron 10 and limestone 24 directly into the preheating chamber 12 below.
  • the preheating chamber 12 is stepped in the upper area and is also rectangular.
  • a gas space 26, i.e. a solid-free area is formed in the preheating chamber 12.
  • the third and fourth preheating chambers 13, 14 are designed corresponding to the second preheating chamber 12, namely also stepped and with a slide 28 and 29 as an intermediate floor between the chambers 12/13 and 13/14.
  • the slider 25, 28 and 29 are maximally displaceable across the width of the respective stage below, so that the opening of the iron sponge 10 and the limestone 24 resulting from the movement of the slider 25, 28 or 29 into the preheating chamber located below it 12, 13 and 14 fall or can be carried out.
  • the material flow from the first into the fourth preheating chamber 11, 14 can thus be controlled via the slides 25, 28 and 29.
  • the fourth preheating chamber 14 has no slide. Rather, it tapers in the lower region and is connected to the cupola furnace 15 via a metering flap 33.
  • the preheating chamber 12, 13 and 14 is provided with a burner 30, 31 and 32, respectively, which opens into the associated gas space 26, 27 and 50 of the relevant preheating chamber.
  • the fourth preheating chamber 14 in the lower half on another burner 34.
  • the preheating chambers 11 to 14 are arranged directly one above the other and offset.
  • the third preheating chamber 13 is arranged on the lower stage of the fourth preheating chamber 14, the second preheating chamber 12 on the lower stage of the third preheating chamber 13 and the first preheating chamber 11 on the lower stage of the second preheating chamber 12.
  • the preheating chambers 11 to 13 have gas inlets 35, 36 and 37, which are each arranged directly above the relevant slide 25, 28 and 29 in the adjacent side wall of the adjacent, stepped preheating chamber 12, 13 and 14, respectively.
  • the cupola furnace 15 is of a known type with a coke bed 48 which can be supplemented with coke 38 from the coke store 16 via the feed line 17.
  • the cupola 15 has a tap opening 39, burner 40 and an exhaust gas opening 41. This is connected via a line 42 to the recuperator 18 and to the burners 30 to 32 and 34 in such a way that the exhaust gas from the cupola 15 is passed in a controllable ratio, partly to the recuperator 18 and partly to the burners 30 to 32, 34 can. About 40 to 80% of the exhaust gas is fed into the recuperator 18 to heat the combustion air to about 815 ° C. and the rest to the burners.
  • coal store 20 and an oxygen source 43 are each connected to the burners 30 to 32, 34, 40 via lines 44. Air 45 can be fed to the burners 30 to 32, 34 via a line 46.
  • the air preheated in the recuperator 18 is fed to the burner 40 via a line 47 and can be blown into the cupola furnace together with coal from the coal store 20 in order to reduce coke consumption.
  • Lime and / or preheated air or coal can be introduced in the required amount via the burners 30 to 32, 34, 40.
  • other fossil fuels such as natural gas, oil or synthetic fuels can also be introduced into the preheating chambers 12 to 14 or the cupola furnace 15.
  • the exhaust gas from the cupola 15 can be supplied to the preheating chambers 12 to 14 by means of the burners 30 to 32, 34 and the line 42.
  • the illustrated and explained device is intended for heating and melting sponge iron 10, which is very reactive with oxygen, by means of fossil fuels in order to obtain liquid iron with a carbon content of over 3% and a temperature over 1400 ° C.
  • the sponge iron 10 has a typical composition of 85 to 90% metallic iron, 0.5% carbon and 10% iron oxide.
  • the sponge iron 10, together with limestone 24, is introduced into the first preheating chamber 11 via the charging opening 23.
  • 115 kg limestone is preferably added per ton of iron produced.
  • the mixture of sponge iron 10 and limestone 24 can fall into the preheating chamber 12, 13, 14 below when the respective slides 25, 28 and 29 are opened.
  • the amount to be dispensed into the next preheating chamber 12, 13, 14 is determined by the displacement of the slide 25, 28 or 29 and the duration in which the slide 25, 28 or 29 remains in the open position, controlled.
  • the preheated iron sponge 10 and the lime in a predetermined, weighed amount then pass from the fourth preheating chamber 14 into the cupola furnace 15.
  • the temperature and the atmosphere that is to say the gas composition in the individual preheating chambers 11 to 14, are determined by temperature measuring and gas analysis devices (not shown here).
  • the neutral / reducing conditions in the individual preheating chambers 11 to 12 can then be set and maintained or changed by means of the burners 30 to 32, 34.
  • This control is computer-based in a known manner.
  • the burners 30 to 32, 34 in accordance with the requirements in the individual preheating chambers 11 to 14, blow exhaust gas from the cupola furnace 15 into the preheating chamber 12, 13 or 14, either cooled or via the recuperator.
  • the burners 30 to 32, 34 can burn coal with air 45 and / or oxygen in order to additionally heat the preheating chamber 12, 13, 14.
  • the sponge iron 10 and the limestone 24 become about 250 ° C. in the first preheating chamber 11, about 500 ° C. in the second preheating chamber 12, and about in the third preheating chamber 13 800 ° C and heated to about 850 ° C in the fourth preheating chamber 14.
  • the heating takes place under reducing conditions, in that exhaust gas from the cupola furnace 15 is passed into the preheating chambers 12 and 13 accordingly.
  • the carbon monoxide content in the gas mixture CO 2 + CO should be over 25%.
  • the limestone 24 is converted into lime and then serves in the cupola furnace 15 as a flux for the molten sponge iron 10.
  • the heated sponge iron 10 and the lime are then introduced into the cupola furnace 15 by means of the metering flap 33.
  • the cupola 15 is provided with the coke bed 48, the coke 38 having a size of up to about 20 cm.
  • the cupola furnace 15 hot air preheated to 850 ° C. is blown into the coke bed 48 via the burner 40 by the recuperator. Because of the energy released in this way, sponge iron and lime melt and flow together through the coke bed 48. As the melt passes down through the coke bed 48, the temperature of the melt rises further and carbon dissolves in the iron. The melt, which has a composition of over 3% carbon and over 95% pure iron, then collects at the foot of the cupola furnace 15. The melt can then be brought out of the cupola furnace 15 for further processing via the tap hole 39.
  • the amount of coke required for the process is about 175 kg per ton of iron recovered.
  • the amount of coke 38 required for the process can be reduced if additional coal is used for heating either in the cupola furnace 15 or in the preheating chambers 12 to 14.
  • the amount of coke can be further reduced to 80 to 100 kg per ton by supporting the combustion processes with oxygen and additional fuels such as coal, natural gas, oil or synthetic fuels.

Landscapes

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Abstract

Zum Erhitzen von Eisenschwamm auf Temperaturen von etwa 850 °C ohne wesentliche Oxidationsverluste sind wenigstens zwei getrennte Vorwärmstufen mit unterschiedlichen Temperaturen vorgesehen, denen der Eisenschwamm nacheinander zugeführt wird und in denen die Temperatur und die Gasatmosphäre jeweils individuell derart gesteuert werden, daß in der ersten Vorwärmstufe mit niedrigster Temperatur eine chemisch neutrale Gasatmosphäre und in der letzten Vorwärmstufe mit höchster Temperatur eine reduzierende Gasatmosphäre eingestellt wird. Das heiße Gas für den Vorwärmer wird wenigstens teilweise aus dem Abgas des Schmelzofens gewonnen, dem der vorerhitzte Eisenschwamm zugeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ferner bezieht sie sich auf eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 10.
  • Bei einem bekannten Verfahren der genannten Art werden metallische Eisenträger in einem über einem Schmelzofen angeordneten Chargiergutvorwärmer erhitzt und dann dem Schmelzofen zugeführt. Eine wirtschaftliche Betriebsweise ist in diesem Fall nur möglich, wenn als Eisenträger Materialien verwendet werden, die keine zu große Reaktivität gegenüber Sauerstoff aufweisen, weil nur dann durch eine Nachverbrennung der Abgase aus dem Schmelzofen der Energieinhalt dieser Abgase für die Vorwärmung wirtschaftlich genutzt werden kann. Soll stükkiges direktreduziertes Material, d.h. stückiger Eisenschwamm, vorerhitzt werden, dann verlangt dessen hohe Reaktivität, insbesondere bei Temperaturen oberhalb 500°C, eine reduzierende Atmosphäre um größere Oxidationsverluste beim Erhitzen des Eisenschwamms zu verhindern. Zu diesem Zweck hat man den Eisenschwamm mit Koks vermischt in einem Vorwärmer aufgeheizt. Ein solches Verfahren bedingt jedoch einen erheblichen Überschuß an energiereichen Abgasen und setzt Gasverbraucher in der Nähe der Anlage voraus.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art ein Vorerhitzen des hochreaktiven Eisenschwamms auf Temperaturen von etwa 850°C ohne wesentliche Oxidationsverluste zu ermöglichen und gleichzeitig einen Überschuß an energiereichen Abgasen zu vermeiden. Ferner soll eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens angegeben werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind den Ansprüchen 2 bis 9 zu entnehmen. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist durch die Merkmale des Anspruches 10 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Einrichtung sind in den restlichen Ansprüchen beschrieben.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die unterschiedliche Reaktivität des Eisenschwamms bei unterschiedlich hohen Temperaturen dadurch nutzbar gemacht, daß das Vorwärmen des Eisenschwamms in mehreren Stufen durchgeführt wird und jeder der Vorwärmstufen eine bestimmte Temperatur und eine bestimmte Gasatmosphäre zugeordnet wird. Während bei hohen Temperaturen von 800 bis 900°C der Eisenschwamm nur mit reduzierenden Gasen aufgeheizt werden kann, ist es in Vorwärmstufen niedrigerer Temperatur, wie 250 bzw. 500°C, möglich, den Eisenschwamm in neutraler Atmosphäre aufzuheizen. Durch geeignete individuelle Steuerung von Temperatur und Gasatmosphäre in den einzelnen Vorwärmstufen läßt sich eine wesentliche Erhöhung der Wirtschaftlichkeit erzielen. Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung läßt sich die Unterteilung in verschiedene Vorwärmstufen und die Steuerung von Temperatur und Gasatmospähre in diesen Vorwärmstufen auf konstruktiv besonders einfache Weise realisieren.
  • Die Erfindung wird anhand einer Figur näher erläutert, die eine schematische Darstellung der einzelnen Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt.
  • In der Figur ist schematisch ein Verfahren zum Schmelzen von Eisenschwamm 10 dargestellt mit vier übereinander angeordneten Vorheizkammern 11 bis 14, die mit feuerfestem Material ausgekleidet sind, einem unter der vierten Vorheizkammer 14 angeordneten transportierbar ausgebildeten Kupolofen 15, einem Koksspeicher 16 mit einer Zuführleitung 17 zum Kupolofen 15, einem Rekuperator 18, einer Gasreinigungsanlage 19 und einem Kohlespeicher 20.
  • Die erste Vorheizkammer 11 ist rechteckig ausgebildet und weist einen Gasauslaß 21 auf, der über eine Leitung 22 mit der Gasreinigungsanlage 19 verbunden ist, und eine Chargieröffnung 23, durch die Eisenschwamm 10 und Kalkstein 24 in die erste Vorheizkammer 11 eingebracht werden können. Der Boden der ersten Vorheizkammer 11 ist verschieblich gelagert und zum Öffnen und Schließen der Vorheizkammer 11 als Schieber 25 ausgebildet, um vorbestimmte Mengen Eisenschwamm 10 und Kalkstein 24 unmittelbar in die darunterliegende Vorheizkammer 12 zu bringen.
  • Weiterhin ist die Vorheizkammer 12 im oberen Bereich abgestuft und ebenfalls rechteckig ausgebildet.
  • Durch die abgestufte Ausbildung wird ein Gasraum 26, d.h. ein feststofffreier Bereich in der Vorheizkammer 12 gebildet.
  • Die dritte und vierte Vorheizkammer 13, 14 sind entsprechend der zweiten Vorheizkammer 12 ausgebildet, nämlich ebenfalls abgestuft und mit einem Schieber 28 bzw. 29 als Zwischenboden zwischen den Kammern 12/13 bzw. 13/14. Die Schieber 25, 28 bzw. 29 sind maximal über die Breite der jeweils darunter liegenden Stufe verschiebbar, so daß durch die durch das Verschieben des Schiebers 25, 28 bzw. 29 entstehende Öffnung der Eisenschwamm 10 und der Kalkstein 24 in die jeweils darunter liegende Vorheizkammer 12, 13 bzw. 14 fallen bzw. ausgetragen werden können. Somit ist über die Schieber 25, 28 und 29 der Materialfluß von der ersten in die vierte Vorheizkammer 11, 14 steuerbar.
  • Die vierte Vorheizkammer 14 weist keinen Schieber auf. Sie verjüngt sich vielmehr im unteren Bereich und ist über eine Dosierklappe 33 mit dem Kupolofen 15 verbunden. Die Vorheizkammer 12, 13 bzw. 14 ist jeweils mit einem Brenner 30, 31 bzw. 32 versehen, der in den zugehörigen Gasraum 26, 27 bzw. 50 der betreffenden Vorheizkammer mündet. Zudem weist die vierte Vorheizkammer 14 in der unteren Hälfte einen weiteren Brenner 34 auf.
  • Die Vorheizkammern 11 bis 14 sind unmittelbar übereinander und versetzt angeordnet. Dabei ist die dritte Vorheizkammer 13 auf der unteren Stufe der vierten Vorheizkammer 14, die zweite Vorheizkammer 12 auf der unteren Stufe der dritten Vorheizkammer 13 und die erste Vorheizkammer 11 auf der unteren Stufe der zweiten Vorheizkammer 12 angebracht. Die Vorheizkammern 11 bis 13 weisen Gaseinlässe 35, 36 bzw. 37 auf, die jeweils direkt oberhalb des betreffenden Schiebers 25, 28 bzw. 29 in der angrenzenden Seitenwand der benachbarten, abgestuften Vorheizkammer 12, 13 bzw. 14 angeordnet sind.
  • Bei dem Kupolofen 15 handelt es sich um einen bekannter Bauart mit einem Koksbett 48, das über die Zuführleitung 17 mit Koks 38 aus dem Koksspeicher 16 ergänzt werden kann.
  • Weiterhin weist der Kupolofen 15 eine Abstichöffnung 39, Brenner 40 und eine Abgasöffnung 41 auf. Diese ist über eine Leitung 42 mit dem Rekuperator 18 und mit den Brennern 30 bis 32 und 34 derart verbunden, daß das Abgas aus dem Kupolofen 15 in einem steuerbaren Verhältnis, teilweise zum Rekuperator 18 und teilweise zu den Brennern 30 bis 32, 34 geleitet werden kann. Etwa 40 bis 80 % des Abgases werden in den Rekuperator 18 zum Aufheizen der Verbrennungsluft auf etwa 815°C und der Rest zu den Brennern geleitet.
  • Desweiteren ist der Kohlespeicher 20 und eine Sauerstoffquelle 43 über Leitungen 44 jeweils mit den Brennern 30 bis 32, 34, 40 verbunden. Luft 45 ist über eine Leitung 46 den Brennern 30 bis 32, 34 zuführbar.
  • Über eine Leitung 47 wird dem Brenner 40 die im Rekuperator 18 vorgewärmte Luft zugeführt, die zur Verringerung des Koksverbrauchs zusammen mit Kohle aus dem Kohlespeicher 20 in den Kupolofen eingeblasen werden kann.
  • Über die Brenner 30 bis 32, 34, 40 ist Kalk und/oder vorgewärmte Luft oder Kohle in der erforderlichen Menge einbringbar. Statt bzw. ergänzend zur Kohle können aber auch andere fossilie Brennstoffe, wie Erdgas, Öl oder synthetische Brennstoffe in die Vorheizkammern 12 bis 14 bzw. den Kupolofen 15 eingebracht werden.
  • Zudem kann mittels der Brenner 30 bis 32, 34 und der Leitung 42 das Abgas aus dem Kupolofen 15 den Vorheizkammern 12 bis 14 zugeführt werden.
  • Die dargestellte und erläuterte Vorrichtung ist zum Erhitzen und Schmelzen von mit Sauerstoff sehr reaktivem Eisenschwamm 10 mittels fossilier Brennstoffe bestimmt, um flüssiges Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt von über 3 % und einer Temperatur über 1400°C zu gewinnen.
  • Dabei wird beispielsweise 1075 kg Eisenschwamm 10 pro 1000 kg gewonnenes Eisen benötigt. Der Eisenschwamm 10 hat eine typische Zusammensetzung von 85 bis 90 % metallisches Eisen, 0,5 % Kohlenstoff und 10 % Eisenoxid. Der Eisenschwamm 10 wird zusammen mit Kalkstein 24 über die Chargieröffnung 23 in die erste Vorheizkammer 11 gegeben. Hierbei wird vorzugsweise pro Tonne erzeugtes Eisen 115 kg Kalkstein hinzugegeben.
  • Durch die Anordnung des Kupolofens 15 und der Vorheizkammern 11 bis 14 übereinander kann das Gemisch aus Eisenschwamm 10 und Kalkstein 24 mit dem Öffnen der jeweiligen Schieber 25, 28 und 29 in die jeweils darunter liegende Vorheizkammer 12, 13, 14 fallen. Dabei wird die Menge, die in die nächste Vorheizkammer 12, 13, 14 ausgebracht werden soll, über den Verschiebeweg des Schiebers 25, 28 bzw. 29 und die Dauer, in der der Schieber 25, 28 bzw. 29 in der geöffneten Position verweilt, gesteuert.
  • Durch Öffnen der Dosierklappe 33 gelangt dann der vorgewärmte Eisenschwamm 10 und der Kalk in vorbestimmter, abgewogener Menge aus der vierten Vorheizkammer 14 in den Kupolofen 15.
  • In der ersten Vorheizkammer 11 herrschen neutrale Bedingungen, d.h. weder oxidierende noch reduzierende Bedingungen. Der Eisenschwamm 10 und der Kalkstein 24 werden hier durch die aus der Vorheizkammer 12 ausströmenden und durch den Gaseinlaß 35 einströmenden heißen Gase auf 250°C erwärmt. Dabei durchströmt das Gas die Schüttung aus in die erste Vorheizkammer 11 eingebrachtem stückigem Eisenschwamm 10 und stückigem Kalkstein 24 und gibt Wärme an Eisenschwamm 10 und Kalkstein 24 ab. Über den Gasauslaß 21 und die Leitung 22 wird das Gas zur Gasreinigungsanlage geleitet, wo es gereinigt wird.
  • Die Temperatur und die Atmosphäre, also die Gaszusammensetzung in den einzelnen Vorheizkammern 11 bis 14, werden durch hier nicht dargestellte Temperaturmeß- und Gasanalysegeräte ermittelt. Mittels der Brenner 30 bis 32, 34 können dann die neutralen/reduzierenden Bedingungen in den einzelnen Vorheizkammern 11 bis 12 eingestellt und gehalten bzw. geändert werden. Diese Steuerung erfolgt dabei in bekannter Weise rechnergestützt.
  • Durch die Brenner 30 bis 32, 34 wird entsprechend den Anforderungen in den einzelnen Vorheizkammern 11 bis 14 Abgas aus dem Kupolofen 15 direkt oder über den Rekuperator abgekühlt in die Vorheizkammer 12, 13 bzw. 14 eingeblasen. Zudem können die Brenner 30 bis 32, 34 Kohle mit Luft 45 und /oder Sauerstoff verbrennen, um die Vorheizkammer 12, 13, 14 zusätzlich zu erwärmen.
  • Der Eisenschwamm 10 und der Kalkstein 24 werden in der ersten Vorheizkammer 11 auf etwa 250°C, in der zweiten Vorheizkammer 12 auf etwa 500°C, in der dritten Vorheizkammer 13 auf etwa 800°C und in der vierten Vorheizkammer 14 auf etwa 850°C erhitzt.
  • In der dritten und vierten Vorheizkammer 13 und 14 erfolgt die Erwärmung unter reduzierenden Bedingungen, indem entsprechend Abgas aus dem Kupolofen 15 in die Vorheizkammern 12 und 13 geleitet wird. Dabei soll der Kohlenmonoxidanteil im Gasgemisch CO2+CO über 25 % liegen.
  • Bis zum vierten Vorheizofen 14 wird der Kalkstein 24 in Kalk umgewandelt und dient dann im Kupolofen 15 als Flußmittel für den geschmolzenen Eisenschwamm 10.
  • Der aufgeheizte Eisenschwamm 10 und der Kalk wird dann in den Kupolofen 15 mittels der Dosierklappe 33 eingebracht. Der Kupolofen 15 ist mit dem Koksbett 48 versehen, wobei der Koks 38 eine Größe bis zu etwa 20 cm aufweist.
  • In den Kupolofen 15 wird durch den Rekuperator auf 850°C vorgewärmte heiße Luft über den Brenner 40 in das Koksbett 48 geblasen. Aufgrund der dadurch freiwerdenden Energie schmelzen Eisenschwamm und Kalk und fließen gemeinsam durch das Koksbett 48. Mit Durchtritt der Schmelze nach unten durch das Koksbett 48 steigt die Temperatur der Schmelze weiter an, und Kohlenstoff löst sich im Eisen. Am Fuße des Kupolofens 15 sammelt sich dann die Schmelze, die eine Zusammensetzung von über 3 % Kohlenstoff und über 95 % reines Eisen aufweist. Über das Abstichloch 39 ist die Schmelze dann zur weiteren Verarbeitung aus dem Kupolofen 15 ausbringbar.
  • Die Koksmenge, die für das Verfahren benötigt wird, beträgt etwa 175 kg pro gewonnener Tonne Eisen. Die für das Verfahren benötigte Menge Koks 38 kann vermindert werden, wenn entweder im Kupolofen 15 oder auch in den Vorheizkammern 12 bis 14 zusätzlich Kohle zum Aufheizen verwendet wird.
  • Die Koksmenge kann weiterhin auf 80 bis 100 kg pro Tonne vermindert werden, indem die Verbrennungsprozesse mit Sauerstoff und zusätzlichen Brennstoffen, wie Kohle, Erdgas, Öl oder synthetischen Brennstoffen unterstützt werden.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Erhitzen und Schmelzen von stückigem Eisenschwamm,
    bei dem der Eisenschwamm in einen Vorwärmer chargiert,
    hier durch Hindurchleiten von heißen Gasen durch die Schüttung im Wärmeaustausch erhitzt wird,
    dann vom Vorwärmer auf ein, mittels Sauerstoff oder Heißluft, erhitztes Koksbett eines Schmelzofens gebracht und hier geschmolzen wird, und
    die Schmelze nach dem Durchdringen des Koksbett im unteren Teil des Schmelzofens gesammelt wird, wobei
    das heiße Gas für den Vorwärmer wenigstens teilweise aus dem Abgas des Schmelzofens gewonnen wird,
       dadurch gekennzeichnet, daß
       das Erhitzen des Eisenschwamms im Vorwärmer in wenigstens zwei getrennten Vorwärmstufen mit unterschiedlichen Temperaturen erfolgt, denen der Eisenschwamm nacheinander zugeführt wird, und in denen die Temperatur und die Gasatmosphäre jeweils individuell derart gesteuert werden, daß durch die Temperatur und Zusammensetzung der in die Vorwärmstufen eingeleiteten heißen Gase in der ersten Vorwärmstufe mit niedrigster Temperatur eine chemisch neutrale Gasatmosphäre und in der letzten Vorwärmstufe mit höchster Temperatur eine reduzierende Gasatmosphäre eingestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der reduzierenden Gasatmosphäre das Verhältnis CO CO 2 +CO > 25 %
    Figure imgb0001
        ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehr als zwei Vorwärmstufen mit unterschiedlichen abgestuften Temperaturwerten das Verhältnis CO CO 2 +CO
    Figure imgb0002
        auf einen mit dem Temperaturwert steigenden Wert eingestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vier Vorwärmstufen vorgesehen sind, in denen etwa die folgenden Temperaturwerte eingestellt werden:
    Stufe 1: 250°C
    Stufe 2: 500°C
    Stufe 3: 800°C
    Stufe 4: 850°C.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Gase einer Vorwärmstufe höherer Temperatur wenigstens teilweise in eine Vorwärmstufe niedrigerer Temperatur eingeleitet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Gase vor dem Einleiten in die Vorwärmstufe niedrigerer Temperatur zur Steuerung von Temperatur und Gasatmosphäre dieser Vorwärmstufe mit Zusatzgasen vermischt werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die einzelnen Vorwärmstufen Abgas aus dem Schmelzgefäß eingeleitet wird, und die Steuerung von Temperatur und Gasatmosphäre in den einzelnen Vorwärmstufen durch Beimischen von in einem Rekuperator abgekühltem Abgas des Schmelzgefäßes und Teilverbrennung dieses Abgases oder eines zusätzlichen Brennstoffes mit einem sauerstoffhaltigen Gas, insbesondere Luft, durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rekuperator Luft vorgewärmt wird, die der Verbrennungszone des Koksbetts des Schmelzofens als Heißluft zugeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß stückiger Eisenschwamm gemeinsam mit Kalkstein im Vorwärmer erhitzt und dann dem Schmelzofen zugeführt wird.
  10. Einrichtung zum Erhitzen und Schmelzen von stückigem Eisenschwamm mit einem oberhalb eines Schmelzofens (15) angeordneten Vorwärmer, der oben eine Chargiereinrichtung (23) für den Eisenschwamm (10) und einen Gasauslaß (21), unten eine Austragvorrichtung (33) zum Austragen des erhitzten Eisenschwamms aus dem Vorwärmer in den Schmelzofen (15), ferner in wenigstens einer der Seitenwände Düsen und/oder Brenner (30, 31, 32, 34) zum Einleiten von heißen Gasen in den Vorwärmer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmer wenigstens zwei Vorheizkammern (11, 12, 13, 14) enthält, die jeweils übereinander angeordnet sind, wobei die oberste Kammer (11) im oberen Bereich den Gasauslaß (21) und die Chargiereinrichtung (23) für den Eisenschwamm (10) und die unterste (14) im Bodenbereich die Austragsvorrichtung (33) enthält, ferner im Bereich des Zwischenbodens zwischen zwei benachbarten Kammern eine Austragvorrichtung (25, 28, 29) zum Austragen des Eisenschwamms von der jeweils oberen in die jeweils untere Kammer sowie ein Gaseinlaß (35, 36, 37) für die Einleitung von Gas in die jeweils obere Kammer vorgesehen ist, wobei der Gaseinlaß (35, 36, 37) mit der jeweils unteren Kammer (12, 13, 14) und mit jeweils einem Gasraum (26, 27, 50) in Verbindung steht, in den wenigstens eine Düse und/oder ein Brenner (30, 31, 32) münden.
  11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorheizkammern (11, 12, 13, 14) des Vorwärmers einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und unter Bildung jeweils eines Gasraumes (26, 27, 50) gegenseitig seitlich versetzt angeordnet sind.
  12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gkennzeichnet, daß die Zwischenböden als Schieber (25, 28, 29) ausgebildet sind.
  13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinlässe (35, 36, 37) im Bereich der Zwischenböden (25, 28, 29) jeweils durch einen Spalt zwischen dem betreffenden Zwischenboden und einer sich nach oben anschließender Kammerwand gebildet sind.
  14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragsvorrichtung der untersten Kammer (14) als Dosierklappe (33) ausgebildet ist.
  15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Vorheizkammer (11, 12, 13, 14) wenigstens ein Temperaturfühler und wenigstens ein Gassensor zur individuellen Steuerung von Temperatur und Gasatmosphäre in der betreffenden Vorheizkammer zugeordnet sind.
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