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Dokumentenidentifikation DE102006022410A1 15.11.2007
Titel Verfahren zum kontinuierlichen Einschmelzen von kleinstückigen Eisenträgern
Anmelder Karl Brotzmann Consulting GmbH, 92224 Amberg, DE
Erfinder Brotzmann, Karl, Dr. Dr.e.h., 92224 Amberg, DE
DE-Anmeldedatum 13.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006022410
Offenlegungstag 15.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.11.2007
IPC-Hauptklasse C21B 11/08(2006.01)A, F, I, 20060513, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C21C 5/00(2006.01)A, L, I, 20060513, B, H, DE   
Zusammenfassung Beim Einschmelzen von kleinstückigen Eisenträgern wird nach dem Stand der Technik in das Eisenbad angeblasene Kohle als Energieträger benutzt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein wesentlicher Teil der Energie durch andere Maßnahmen eingebracht, z. B. werden dem Aufblasstrahl Brennstoffe, vorzugsweise wasserstoffhaltige Brennstoffe, zugesetzt. Dadurch wird der gesamte Energiebedarf wesentlich reduziert. Wird als Eisenträger Eisenschwamm verwendet, so ist eine Vorwärmung auf etwa 800°C und die Anhebung des Kohlenstoffgehaltes eine besonders effektive Maßnahme. Beide Maßnahmen können auch kombiniert werden, was dazu führt, dass flüssiger Stahl ohne flüssiges Roheisen und eine Einblasen von Kohle hergestellt werden kann.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem zur Stahlherstellung kleinstückige Eisenträger kontinuierlich einem Konverter zugeführt werden und das Reaktionsgas mit heißer Luft im Konverter nachverbrannt wird. Als kleinstückiger Eisenträger kann vorzugsweise Eisenschwamm, auch DRI-Pellets genannt, der in Direktreduktionsanlagen mit Erdgas als Reduktionsmittel hergestellt wird, eingesetzt werden.

Der Eisenschwamm, der aus Direktreduktionsanlagen gewonnen wird, besteht im allgemeinen aus etwa 90% metallischem Eisen, etwa 5% oxidischem Eisen und etwa weiteren 5% oxidischen Bestandteilen, wie sie im Eisenerz als so genannte Gangart vorliegen.

In der Offenlegungsschrift DE 43 43 957 A1 wird ein Verfahren beschrieben bei dem sich in einem Konverter eine Anfangsschmelze befindet, in die Brennstoffe, sauerstoffhaltige Gase und Eisenrohstoffe eingeführt werden, wobei die Energiezufuhr für das Einschmelzen von DRI dadurch erfolgt, indem Kohle und Sauerstoff durch Bodendüsen in das Eisenbad eingeblasen werden, das dabei entstehende Reaktionsgas oberhalb der Schmelze im Gasraum des Konverters mit oxidierenden Gasen nachverbrannt und die dabei entstehende Wärme an das Eisenbad übertragen wird. In Spalte 4, 2. Absatz wird angeführt, dass „kontinuierlich sauerstoffenthaltende Gase, die höchsten 50% Sauerstoff enthalten, auf die Oberfläche der Schmelze geblasen werden".

Die vorliegende Erfindung ist eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens.

Beim Einschmelzen von DRI in einem Konverter mit Heißluftnachverbrennung werden pro Tonne Stahl etwa 120 kg Kohle benötigt, die über Bodendüsen staubförmig eingeblasen werden. Die pro Tonne DRI ebenfalls über Bodendüsen eingeblasene Sauerstoffmenge beträgt 70 Nm3. Der Heißluftstrahl übt auch eine gewisse Frischwirkung auf das Bad aus. Etwa 30 Nm3 O2 werden hierbei aus dem Heißluftstrahl an das Bad übertragen. Im Heißluftstrahl werden außerdem ca. 60 Nm3 O2 für die Nachverbrennung der Reaktionsgase benötigt. Die Heißluftmenge beträgt damit 450 Nm3/t Stahl.

Bei dem zum Stand der Technik gehörenden Verfahren wird ein Nachverbrennungsgrad von etwa 50% erreicht, wobei etwa 90% der so gewonnenen Energie an das Eisenbad übertragen werden. Es hat sich auch gezeigt, dass der Nachverbrennungsgrad während dieser Phase stärkere Schwankungen aufweist, so dass durch das undefinierte Energieeinbringen entsprechende Streuungen in der Endtemperatur des flüssigen Stahles auftreten.

Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass die Nachteile des genannten Einschmelzverfahrens vermieden werden können, wenn nach der vorliegenden Erfindung die durch Bodendüsen in das Eisenbad eingeblasene Kohlemenge stark vermindert und zusätzliche Energie in anderer Weise in den Konverter eingebracht wird. Erfindungsgemäß soll die durch den Boden eingeblasene Kohlemenge weniger als 50 kg/t Stahl betragen. Übenaschenderweise hat es sich gezeigt, dass durch die erfindungsgemäße Maßnahme der gesamte Energiebedarf um etwa 25% reduziert wird.

Eine der Maßnahmen zur Energiezufuhr besteht darin, dem Heißwindstrahl einen Brennstoff zuzusetzen. Vorteilhafterweise wird ein gasförmiger oder flüssiger Brennstoff verwendet. Es ist jedoch auch ein Zusatz von staubförmiger Kohle möglich. Besonders vorteilhaft ist der Zusatz von wasserstoffhaltigen Brennstoffen, insbesondere Erdgas.

Werden beispielsweise 60% der Sauerstoffmenge im Heißwindstrahl zur Verbrennung von Erdgas verwendet, so beträgt der Erdgaszusatz 25 Nm3/t Stahl. Die benötigte Kohlenmenge reduziert sich von 120 kg/t Stahl auf 50 kg/t Stahl, also wesentlich stärker als sich bei einem Austausch des Energieeinbringens von Kohle durch Erdgas errechnet. Es wurde gleichzeitig überraschenderweise gefunden, dass durch den Zusatz von Erdgas der Nachverbrennungsgrad sich etwa auf 65% erhöht. Offensichtlich hat hier auch die geringere eingeblasene Kohlenmenge dazu geführt, dass der Nachverbrennungsgrad auch beim Einblasen der Kohle verbessert wurde.

Eine andere Maßnahme zur Erreichung der erfindungsgemäßen Vorteile besteht darin, einen Teil der Kohle dem Prozess in der Form zuzuführen, indem der C-Gehalt der DRI-Pellets angehoben wird. DRI-Pellets können mit einem C-Gehalt bis zu etwa 5% hergestellt werden. Auch hier ist wieder eine Verbesserung des Nachverbrennungsgrades festzustellen, wenn die Kohle nicht über die Bodendüsen in Form von feinstückiger Kohle eingeblasen wird. Bei einem C-Gehalt der Pellets von 3% reduziert sich die Kohlemenge, die durch den Boden eingeblasen wird, auf nur noch 20 kg/t Stahl. Gleichzeitig kann der Erdgaszusatz zum Heißwind auf 30% der Sauerstoffmenge reduziert werden.

Schließlich lässt sich das Verfahren bei einer Arbeitsweise, wie im obigen Beispiel beschrieben, nach weiter verbessern, wenn die DRI-Pellets vorgewärmt werden. Beim Vorwärmen auf 900°C entsteht in diesem Beispiel sogar ein geringer Energieüberschuß, der in verschiedener Form ausgenutzt werden kann. So kann beispielsweise beim Einschmelzen von vorgewärmten DRI-Pellets mit dem erfindungsgemäßen Maßnahmen noch zusätzlich Schrott eingeschmolzen werden.

Eine besonders vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, den Sauerstoffgehalt des Heißwindes zu erhöhen und gleichzeitig dem Heißwind Erdgas zuzusetzen. Bei einer Erhöhung des Sauerstoffgehaltes im Heißwind auf 30% verringert sich in der üblichen Praxis der Nachverbrennungsgrad der Reaktionsgase auf ungefähr 50%. Bei einem Zusatz von 5% Erdgas, bezogen auf die Heißluftmenge, wird überraschenderweise auch bei einer Anreicherung des Sauerstoffgehaltes des Heißwindes auf 30% wieder ein Nachverbrennungsgrad von etwa 60% erreicht. Das bedeutet zwar gegenüber der Arbeitsweise ohne Sauerstoffanreicherung eine geringe Reduzierung des Nachverbrennungsgrades, es wird aber eine Erhöhung der Produktivität bei gleichem Abgasvolumen erreicht und der Heizwert der Abgase erhöht sich so weit, dass eine Erfassung und Verwertung in üblichen Konverterentstaubungsanlagen möglich wird.

Alle erfindungsgemäßen Maßnahmen gehen von der Erkenntnis aus, dass überproportionale energetische Vorteile erreicht werden, wenn die durch den Boden eingeblasene Kohlemenge möglichst weit reduziert und sie durch andere Energieträger ersetzt wird.

Das Verfahren kann in der gleichen Weise angewandt werden, wenn anstelle von DRI-Pellets so genannte HBI-Masseln eingeschmolzen werden.

An einem Beispiel sei das Wesen der vorliegenden Erfindung näher erläutert: Werden DRI-Pellets nach dem genannten Stand der Technik in einem Konverter mit Heißwindnachverbrennung eingeschmolzen, so werden hierfür 120 kg Kohle/t Stahl durch den Konverterboden in das Eisenbad eingeblasen. Der Sauerstoffbedarf bei einem Nachverbrennungsgrad von 50 % beträgt 150 Nm3 O2/t Stahl. Davon werden 65 Nm3 über Bodendüsen und 430 Nm3 durch Heißluft mit 21 % O2-Gehalt und einer Temperatur von 1.200°C zugeführt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden z.B. 70 kg Kohle durch 30 Nm3 CH4 ersetzt. Außerdem wird der O2-Gehalt des Heißwindes auf 30 % angereichert. Pro Tonne Stahl werden dann 31 Nm3 O2 durch Bodendüsen und 41 Nm3 O2 in Form von Heißluft (entspricht 135 Nm3 Heißluft) für die Verbrennung der Kohle dem Prozess zugeführt. Für die Verbrennung des Erdgases auf 60% werden weitere 30 Nm3 O2/t Stahl in Form von Heißluft, also 100 Nm3 Heißluft/t Stahl zugeführt. Die gesamte Heißwindmenge beträgt dann 240 Nm3/t Stahl. Durch die Anwendung der Lehre entsprechend der vorliegenden Erfindung vermindert sich die Abgasmenge von 430 Nm3/t Stahl auf 270 Nm3/t Stahl, was gleichzeitig eine entsprechende Erhöhung der Produktivität bedeutet. Außerdem ist das Abgas so energiereich, dass es in konventionellen Entstaubungsanlagen erfasst und verwertet werden kann.

Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht dann, dass die DRI-Pellets außerhalb des Konverters auf 900°C vorgewärmt werden. Die Pellets haben einen C-Gehalt von 3%. In diesem Fall braucht keine Kohle mehr eingeblasen zu werden, der Nachverbrennungsgrad erhöht sich geringfügig. Die Erdgasmenge reduziert sich auf 10 Nm3/t Stahl. Es wird wieder mit einer Anreicherung des Sauerstoffgehaltes auf 30% gearbeitet. Die Sauerstoffbodenblasrate reduziert sich auf ca. 15 Nm3 O2/t Stahl und die Heißluftmenge auf 110 Nm3/t Stahl.


Anspruch[de]
Verfahren zum kontinuierlichen Einschmelzen von kleinstückigen Eisenrohstoffen in einem Konverter, in dem sich eine Anfangsschmelze befindet, in die Brennstoffe, sauerstoffhaltige Gase und Eisenrohstoffe eingeführt werden, wobei das entstehende Reaktionsgas oberhalb der Schmelze im Gasraum des Konverters mit Heißluft nachverbrannt und die dabei entstehende Wärme an das Eisenbad übertragen wird, d. gkz. dass die durch den Konverterboden eingeblasene Kohlemenge auf weniger als 50 kg/t Stahl reduziert und die restliche erforderliche Energie durch Zusatz von Brennstoffen zum Heißwind und/oder durch Vorheizen des Eisenschwammes eingebracht wird. Verfahren nach Anspr. 1, d. gkz. dass ein Teil der durch Kohlenstoff eingebrachten Energie mit den festen Eisenträgern eingebracht wird. Verfahren nach Anspr. 1 und 2, d. gkz. dass wasserstoffhaltige Brennstoffe dem Heißwind zugesetzt werden. Verfahren nach Anspr. 1-3, d. gkz dass die eingeblasene Kohlenmenge auf weniger als 30 kg/t Stahl reduziert wird, Verfahren nach Anspr. 1-4, d. gkz. dass DRI mit einem C-Gehalt von 2-5% verwendet wird, das auf 700°C bis 900°C vorgeheizt wurde. Verfahren nach Anspr. 1-5, d. gkz. dass dem Heißwind 20-60% Erdgas bezogen auf die Vollverbrennung des Erdgases zugesetzt werden. Verfahren nach Anspr. 1-6, d. gkz. dass der Sauerstoffgehalt des Heißwindes bis auf 35% durch Sauerstoffzusatz angereichert und dem Heißwind so viel wasserstoffhaltiger Brennstoff zugesetzt wird, dass 200% dieses Brennstoffes im Heißwindstrahl verbrannt werden.






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