PROCESS FOR THE REDUCTION OF MOLTEN METAL ORES

Abstract: 1. Process for the production of metals or metal alloys by fusion reduction of ore or ore mixtures by means of coal and/or process gas as the reducing agent in a reaction vessel, such as a converter or shaft furnace, the reducing agent being introduced together with oxygen into a column of liquid ore generated in the reaction vessel, characterized in that the reducing agent and oxygen are fed at such a level above the bath of molten metal forming in the reaction vessel into the ore column, which consists of a mixture of the components iron ore, chromium ore and ores or oxides of other alloy elements, corresponding to the desired composition of the finished alloy steel or a premelted steel, and liquefied together at least partially with the formation of a suspension, that the reduced metal drops sinking downwards pass at a low carbon content into the bath of molten metal, the ore being liquefied up to such a level in the reaction vessel above the feed point for carbon and oxygen that carbon escapes from the reaction vessel only in the fully oxidized state, i.e. as CO2 .

Description: Verfahren zur Schmelzreduktion von Metallerz. Die Erfindung betriiit ein Verfahren zur Wierstellung von unlegiertem oder legiertem Stahl, Stahlvorschmelzen, Nichteisenmetallen cder Nlchteisenlegierungen durch Schmelzreduktion von Erz oder Brzge- mischen mit hilfe von Kohle und/oder Prozessgas in einem Reaktions- gefäss, wie einem Konverter oaer Schachtofen. Schmelzreduktionsverfahren bieten die sAlöglichkeit, feinkörnige Erze als Einsatzstoffe ohne' aufwendige Vorbereitung zu nutzen. Durch die hohe Energiekonzentration und die günstigen Stofftransportbedingungen in den flüssigen Phasen ist die volumenspezifische Reaktionsgeschnv.in- digkeit rvesenllich grösser als bei konventioneilen Reduktionsverfahren. Schmelzreduktion von Metailerzen zur Erzeugung insbesondere von Roheisen oder Stahl wird in vielfältiger Weise durchgesührt, wobei unterschiedliche Gefässes wie Schacht- oder Hochofen, Elektroofen oder Konverter verwendet werden. Eine Übersicht über die bisher angewendeten Verfahrenstechniken der Schmelzreduktion haben R. Thielmann und R. Steffen in der Zeitschrift "Stahl und Eisen" 101 (1981), Seiten 71 bis 81 gegeben. Prinzipiell erIolgt die Schmelzreduktion in der Weise, dass in abgestimmten Mengen Erz und Kohle von oben in das Reaktionsgefäss chargiert werden und Prozessgas, meist Luft oder Sauerstoff, eingeblasen wird. Dabei ist es zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Verfahrensweise meist ertorderlich, das Erz vorzureduzieren. Durch getrennte Öffnungen wird das schmelzflüssige Metall oder die Metallegierung und die auf dem Metallschmelzbad schwimmende flüssige Schlacke aus dem Reaktionsgefäss abgezogen (abgestochen). Als nachteilig wird bei den bekannten Schmelzreduktionsverfahren empfunden, dass sie nicht einstufig durchgeführt werden können, sondern entweder für die Abgas aufbereitung oder die Erzvorbereitung zusätzliche Verfahrensstufen, Energie und Anlagen bedingen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schmelzreduktionsverfahren für Metallerze oder -oxyde anzugeben, bei dem in.einstufiger Arbeitsweise der gesamte Energieinhalt des verwendeten Reduktionsmittels ausgenutzt und damit auf zusätzliche Massnahmen, wie Abgasreinigung oder Erzvorreduktion, verzichtet werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren vorgeschlagen. Die erfindungsgemässe Verfahrensweise sieht eine Reihe von Massnahmen vor, die erst im Zusammenwirken die gestellte Aufgabe lösen. So ist es ein wesentlicher Gesichtspunkt des erfindungsgemässen Verfahrens, dass die zur Reduktion benötigte Kohle ausschliesslich von aussen in die flüssige Erzsäule eingebracht wird, damit das gebildete C02 nicht durch Kontakt mit Kohlenstoff in der Flüssigerzsäule wieder zu CO reagiert, was dann eine Abgasbehandlung und -verwertung erforderlich machen-würde. Dies ist auch der Gesichtspunkt, der das erfindungsgemässe Verfahren wesentlich von den bekannten Schmelzreduktionsverfahren unterscheidet. Bei den bekannten Verfahren wird nämlich Erz in Mischung mit Kohle chargiert. Das erfindungsgemässe Verfahren erfordert sowohl bei chargenweisem als auch bei kontinuierlichem Betrieb eine zeitlich abgestimmte Zugabe von Erz, Kohlenstoff und Sauerstoff entsprechend der Stöchiometrie, der Re aktions ges chwindig- keit und des spezifischen Wärmebedarfs. Von wesentlicher Bedeutung bei dem erfindungsgemässen Verfahren ist ferner, wie bzw. wo die Kohle in die Flüssigerzsäule eingebracht wird. Die Kohle muss an einer so hoch über dem Spiegel des sich im Boden des Reaktionsgefässes ansammelnden schmelzflüssigen Metalls liegenden Stelle eingebracht werden; dass einerseits das Metall möglichst kohienstoffarm in das Metallschmelzbad gelangt und andererseits kein Kohlenstoff in die Metallschmelze eingebracht wird. Hierdurch wird der Aufwand für eine zusätzliche Frischbehandlung vermieden bzw. vermindert. Eine weitere Massnahme von besonderer Bedeutung ist die Wahl der Höhe der Flüssigerzsäule. Diese muss erfindungsgemäss so bemessen werden, dass gebildetes CO beim Aufsteigen durch die Flüssigerzsäule in dem Reaktionsgefäss vollständig zu C02 ausreagiert. Das erfindungsgemässe Verfahren führt zu folgenden Vorteilen: - Der Energieinhalt des Reduktionsmittels wird bis auf die fühlbare Wärme nahezu vollständig ausgenutzt, - der Einsatz von preiswertem Reduktionsmittel, wie Feinkohle, ist möglich, - die Schmelzreduktion lässt sich einstufig ausführen, d. h., es werden zusätzliche Massnahmen, wie Abgasreinigung, Erzvorreduktion oder Frischen der Metallschmelze, vermieden, - infolge der Einstufigkeit der Arbeitsweise sind auch Energieaufwand und -verluste niedriger, - durch entsprechende Bemessung der Erzmischung können unmittel bar Metallegierungen vorbestimmter Zusammensetzung erzeugt werden, - dabei ergibt sich die Möglichkeit, hochschmelzende Oxyde, z. B. Chromoxyd, auch in fester Form bei Bildung einer Suspension in einer flüssigen Schlackenschmelze bei einer Temperatur von 1600 bis 18000C sehr schnell zu reduzieren, was sonst bei Direkt reduktion im festen Zustand wegen des Sinterns der Beschickung nicht erreichbar ist, - Möglichkeit der ausschliesslichen Verwendung von Primärenergie zur Reduktion. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, einen Teil der Prozess- und Verlustwärme oder die gesamte Menge durch andere Energiequellen als die Verbrennung des in die Flüssigerzsäule eingebrachten Kohlenstoffs zu erzeugen. Es wird aber bevorzugt, Kohle zur Reduktion und zur Erzeugung der benötigten Wärme einzubringen, am besten durch Einblasen. Kohle und auch Sauerstoff können in mehreren Höhen, am besten entsprechend dem örtlichen Bedarf zugeführt werden. In der Zeichnung ist schematisch ein Schachtofen als Reaktionsgefäss dargestellt. Die Gleichungen der darin ablaufenden Reaktionen sind für Eisen als Beispiel angegeben.

Claims: Patentan sprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Metallen oder Metallegierungen durch Schmelzreduktion von Erz oder Erzgemischen mit Hilfe von Kohle und/oder Prozessgas in einem Reaktionsgefäss, wie einem Konverter oder Schachtofen, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Reduktion des Erzes benöti gte Kohle bzw. das Reduktionsgas mit Sauerstoff in eine im Reaktionsgefäss erzeugte flüssige Erzsäule eingebracht wird und zwar in einer solchen Höhe oberhalb des sich im Reaktionsgefäss bildenden Metallschmelzbades, dass die redu zierten nach unten absinkenden Metalltropfen kohlenstoffarm in das Metallschmelzbad gelangen, wobei das Erz bis zu einer solchen Höhe im Reaktionsgefäss oberhalb der Einbringstelle für Kohlen stoff und Sauerstoff verflüssigt wird, dass Kohlenstoff nur voll ständig oxidiert, d. h. als C02 aus dem Reaktionsgefäss entweicht. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kohle Feinkohle, Sauerstoff in Form von technischem Sauerstoffgas und Erz in Form von Feinerz kontinuierlich oder in Teilmengen in das Reaktionsgefäss eingebracht werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Kohle und Sauerstoff in die Flüssigerzsäule eingeblasen werden. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, dass in Mischung Eisenerz, Chromerz und Erze oder Oxyde anderer Legierungselemente gemeinsam verflüssigt oder zumindest teilweise unter Bildung einer Suspension verflüssigt werden, wobei die Mischung derart eingestellt wird, dass die gewünschte Zusam mensetzung des fertig legierten Stahls oder einer Stahlvorschmelze erzielt wird.

Inventors: BRANDIS, HELMUT, DR.-ING., THIELMANN, RAINER, DR.-ING.
Applicants: THYSSEN EDELSTAHLWERKE AG
Application year: 1983
Main classification: C21B13
IPC codes: C22B5, C21B13