DE69716918T2

DE69716918T2 - Methode zur erhöhung des kohlenstoffanteils von kohle

Info

Publication number: DE69716918T2
Application number: DE69716918T
Authority: DE
Inventors: Min Young Cho; Young Che Chung; Dael Whei Lee; Myoung Kyun Shin
Original assignee: Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH; Research Institute of Industrial Science and Technology RIST; Pohang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Primetals Technologies Austria GmbH; Research Institute of Industrial Science and Technology RIST; Posco Holdings Inc
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2017-12-20
Also published as: ATE227330T1; JP3041386B2; CA2246392A1; BR9707579A; WO1998028385A1; AU5414098A; DE69716918D1; EP0912662A1; JPH11504385A; UA50757C2; AU710567B2; CA2246392C; EP0912662B1; US6203848B1; RU2144060C1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erhöhen der Verkohlungsrate von Kohle, und insbesondere auf ein Verfahren zum Erhöhen der Verkohlungsrate von Kohle in einem auf der Kohle basierenden Eisenherstellungsverfahren unter Verwendung der Kohle.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Allgemein können die Herstellungsvorrichtungen technisch reinen Eisens, die COREX verwenden, das ein Schmelzreduktionsverfahren ist und als ein einen Blashochofen ersetzenden Eisenherstellungsvorgang betrachtet wird, grob in Schmelzvergaseröfen und Reduktions-Schafthochöfen klassifiziert werden. Erz gelangt durch den Reduktions-Schafthochofen und wird dann in den Schmelzvergaser eingespeist, um das geschmolzene Eisen herzustellen. Die Kohle wird in den Schmelzvergaser eingespeist, wo sie zum Reduzieren und Schmelzen des Eisenerzes dient. Wenn die Kohle in den Schmelzvergaser einer hohen Temperatur eingespeist wird, werden Feuchtigkeit und flüchtiges Material gleichzeitig mit dem Einspeisen verflüchtigt. Das im Schmelzvergaser vergaste Reduktionsgas reduziert das Eisenerz im Reduktions-Schafthochofen, während der Schwelkoks (fester Kohlenstoff und Asche), aus dem die Feuchtigkeit und das flüchtige Material entfernt wurden, in den unteren Teil des Schmelzvergasers hinunterfällt, um dort schließlich das reduzierte Eisenerz zu reduzieren und zu schmelzen. Zu dieser Zeit wird die Menge des aus der Kohle freigesetzten flüchtigen Materials durch den Zustand des Schmelzvergasers, so zum Beispiel die Temperatur des Ofens, den Druck des Ofens usw., bestimmt. Im kommerziell verwendeten COREX-Verfahren wird derzeit jedoch ungefähr 10% oder mehr des Kokses, das annähernd das flüchtige Material hat, auf der Grundlage der Gesamtmenge der eingespeisten Kohle zur Sicherstellung der Wärme des Hochofens zusammen mit der Kohle verwendet, dessen flüchtiges Material ungefähr 30% unter einer Standardbedingung liegt. Da 80 -90% des Kokses Kohlenstoff ist, wird der Heizwert pro Volumenseinheit des Kokses größer als derjenige des Schwelkokses der Kohle, der verhältnismäßig weniger Kohlenstoffmenge enthält, während sich der Koks und der Schwelkoks zum unteren Teil des Schmelzvergasers bewegen. Demnach ist der Koks zur Sicherstellung der Ofenwärme vorteilhaft. Die Verwendung des teureren Kokses im Gegensatz zur Kohle führt jedoch zu erhöhten Heizstoffkosten. Daher ist es erforderlich, die verwendete Koksmenge zu verringern.
Inzwischen hat Alan W. Scaroni in Amerika 1981 in einer Zeitschrift Ergebnisse von Experimenten veröffentlicht, bei denen das flüchtige Material der Kohle, das unter Bedingungen des Gehalts von der ungefähren Analyse von ASTM erhalten wurde, durch ein Additiv verändert werden kann, das der Kohle unter der gleichen Bedingung beigemengt wird.
Nach dieser Zeitschrift kann die Vergasung der Kohle durch das Erhöhen oder Verringern der Menge des flüchtigen Materials maximiert werden, das sich bei hohen Temperaturen verflüchtigt, wenn ein Pellet eines Oxids (Al&sub2;O&sub3;, Co-Mo-Al&sub2;O&sub3;) einer Größe von 1 mm der Braunkohle und der Weichkohle, die als feines Pulver (Maschenzahl 70-100) vorliegt, hinzugefügt wird.
Es ist bekannt, dass bei einem Hinzufügen von Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) ein sekundärer Schwelkoks an der Oberfläche eines Hohlraums gebildet wird, der im inneren Teil des Oxids vorhanden ist, um das Freisetzen des flüchtigen Materials einzudämmen. Wenn Co-Mo-Al&sub2;O&sub3; hinzugefügt wird, wird das Freisetzen der flüchtigen Bestandteile durch die Beschleunigung einer Vergasungsreaktion durch die katalytische Reaktion von Kobalt (Co) beschleunigt.
Bei der Betrachtung des oben erwähnten Ergebnisses kann das Verfahren zum Erhöhen der Verkohlungsrate der Kohle durch Eindämmen der Freisetzung der flüchtigen Bestandteile der Kohle im COREX-Verfahren durch Einspeisung eines neuen Materials zusammen mit der Kohle bewerkstelligt werden.
Da das zusätzliche neue Material jedoch keine wesentlichen Auswirkungen auf die Schlacke haben sollte, während der oben beschriebene Effekt erreicht wird, sollte jedoch beim COREX-Verfahren das Additiv eine der Schlacke ähnliche Komponente sein, und es sollte nur eine kleine Menge davon hinzugefügt werden, damit das Verfahren nicht wesentlich beeinträchtigt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Demnach wird vom Erfinder der vorliegenden Erfindung weiter geforscht und entwickelt, wobei der Punkt, dass das bevorzugte Additiv für die Verkohlung der Kohle den Verkohlungseffekt ergibt, jedoch die Schlacke nicht wesentlich beeinträchtigt, sowie der Punkt berücksichtigt wird, dass eine kleine Menge des Additivs bevorzugt wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Erhöhen der Verkohlungsrate der Kohle vorzusehen, ohne dass dabei die Schlacke bei einem die Kohle verwendenden Eisenherstellungsverfahren beeinträchtigt wird, indem Magnesiumoxid oder Kalkstein als das Additiv zur Verkohlung der Kohle verwendet wird.
Zur Erfüllung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Erhöhen der Verkohlungsrate der Kohle mit den folgenden Schritten vorgesehen: Mischen einer Magnesiumoxidsuspension oder einer Kalksteinsuspension mit der Kohle, die beim Eisenherstellungsverfahren COREX, das die Kohle verwendet, verwendet wird, und Trocknen der Mischung, damit von MgO oder Kalkstein auf der Oberfläche der Kohle anhaftet.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die obige Aufgabe und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen ersichtlich. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer experimentellen Vorrichtung zum Verkohlen von Kohle;
Fig. 2 eine Kurvendarstellung zum Aufzeigen der Gewichtsveränderung in Abhängigkeit von der Zeit an Kohle und Kohle, auf deren Oberfläche ein Magnesiumoxid anhaftet, zur Beobachtung des Effekts des Magnesiumoxids auf die Verkohlung der Kohle; und
Fig. 3 eine Kurvendarstellung zum Zeigen der Gewichtsveränderung in Abhängigkeit von der Zeit an der Kohle und an Kohle, auf deren Oberfläche Kalkstein anhaftet, zur Beobachtung des Effekts des Kalksteins auf die Verkohlung der Kohle.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Es folgt eine Erläuterung des Verfahrens zum Erhöhen der Verkohlungsrate der Kohle gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in größerem Detail anhand der Zeichnungen.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung führte seine Forschung weiter und kam zur vorliegenden Erfindung unter Berücksichtigung des Punktes, dass die Verkohlungsrate der Kohle erhöht werden kann, um die Verbrauchsmenge des Kokses durch das Eindämmen der Freisetzung der flüchtigen Bestandteile der Kohle zu verringern, während die Kohle in den eine hohe Temperatur aufweisenden Schmelzvergaser im Schmelzreduktionsverfahren, wie zum Beispiel dem COREX- Verfahren, eingespeist wird.
Im COREX-Verfahren besteht das Verfahren zum Erhöhen der Verkohlungsrate durch Eindämmen der Freisetzung der flüchtigen Bestandteile der Kohle darin, dass ein neues Material zusammen mit der Kohle eingespeist wird. Das zusätzliche Material sollte jedoch keine Auswirkungen auf die Schlacke haben, während dieser Effekt im COREX-Verfahren erzielt wird. Außerdem sollte die Komponente des Additivs der Komponente der Schlacke ähnlich sein, und die Menge des Additivs sollte so klein wie möglich sein, um die Auswirkungen auf das Verfahren zu verringern. Unter Berücksichtigung des oben erwähnten Punkts werden Kalkstein, welches das am häufigsten verwendete Nebenmaterial beim COREX- Verfahren ist, und Magnesiumoxid (MgO), das aus Magnesiumkarbonat (MgCO&sub3;) hergestellt wird, als das Additiv zum Verkohlen der Kohle in der vorliegenden Erfindung ausgewählt.
Das heißt, dass die Verkohlungsrate der Kohle unter Verwendung des Kalksteins oder MgO als dem Additiv zum Erhöhen der Verkohlungsrate der Kohle erfindungsgemäß erhöht werden kann, ohne dass dabei die Schlacke beeinträchtigt wird.
Eine Kalksteinsuspension oder eine MgO-Suspension wird zum Erhöhen der Verkohlungsrate der Kohle hergestellt, indem man den Kalkstein oder das MgO auf der Oberfläche der Kohle erfindungsgemäß anhaften lässt. Die Suspensionen werden so hergestellt, dass der Kalkstein und das MgO homogen vermischt werden.
Die bevorzugte Menge des Kalksteins oder MgO in der hergestellten Kalksteinsuspension oder der MgO-Suspension ist 2-20 g auf 100 g getrocknete Kohle. Wenn die Menge des Kalksteins oder MgO weniger als 2 g auf 100 g getrocknete Kohle ist, ist der Erhöhungseffekt bei der Verkohlungsrate mangelhaft, und wenn die Menge des Kalksteins oder MgO ungefähr 20 g auf 100 g getrocknete Kohle ist, kann die Oberfläche der Kohle durch eine ausreichende Menge des Kalksteins oder MgO bedeckt werden. Daher ist die bevorzugte Menge des Kalksteins oder MgO, die mit der Kohle zu vermischen ist, 2-20 g auf 100 g getrocknete Kohle.
Die Mischungsmenge des Kalksteins (der entsprechenden Suspension) oder des Magnesiumoxids (oder der entsprechenden Suspension) im Verhältnis zur Kohle hängt von der Basizität der Schlacke (B4 = (CaO + MgO)/(Al&sub2;O&sub3; + SiO&sub2;)), die im Eisenherstellungsverfahren COREX, das die Kohle verwendet, erforderlich ist.
Wenn demnach die Basizität der Schlacke, die vom die Kohle verwendenden Eisenherstellungsverfahren COREX benötigt wird, 1,0-1,3 ist, ist die bevorzugte beigemengte Menge des Kalksteins 2,0-17 g auf 100 g getrocknete Kohle, und die bevorzugte beigemengte Menge von MgO ist 2,0-9,7 g auf 100 g getrocknete Kohle.
Da allgemein die Basiziät der Schlacke, die beim die Kohle verwendenden Einsenherstellungsverfahren COREX benötigt wird, bei 1,12 gehalten wird, ist die maximale Beimengungsmenge von MgO ungefähr 9,7 g auf 100 g Kohle und die maximale Beimengungsmenge des Kalksteins ungefähr 17 g auf 100 g Kohle, wobei diese Werte unter Berücksichtigung der Zusammensetzung einer Asche berechnet wurden, wenn die Zusammensetzung der Asche die gleiche ist, wie diejenige der Asche, die in der Kohle enthalten ist, die für die nachfolgend beschriebenen Beispiele verwendet wird. Die Gesamtmenge der Asche ist 9,5%; SiO&sub2; = 6,517%, Al&sub2;O&sub3; = 2,28%, MgO = 0,057% und CaO = 0,067%.
Nach dem Mischen der Kalksteinsuspension oder MgO-Suspension mit der Kohle und dem Trocknen der Mischung haftet der Kalkstein oder das MgO homogen auf der Oberfläche der Kohle an. Zu dieser Zeit wird die Trocknung bei 100-300ºC ungefähr 1 Minute bis 3 Stunden lang durchgeführt. Das Trocknungsverfahren kann als ein eigenes Verfahren umgesetzt werden. Es wird jedoch bevorzugt, wenn das Trocknungsverfahren zusammen mit dem Trocknungsverfahren zum Entfernen von Feuchtigkeit vor dem Zuführen der Kohle in den Schmelzvergaser durchgeführt wird.
Wenn der Kalkstein oder das MgO durch das oben beschriebene Verfahren homogen auf der Oberfläche der Kohle anhaftet, kann die Volatilisierung der flüchtigen Bestandteile der Kohle während der Verkohlung der Kohle eingedämmt werden. Folglich kann die Verkohlungsrate durch die Eindämmung der Volatilisierung erhöht werden.
Es folgt eine Beschreibung der vorliegenden Erfindung im Einzelnen anhand von Beispielen.

Beispiel 1

Die experimentelle Vorrichtung (der experimentelle Hochofen) in Fig. 1, der aus dem Schmelzvergaser reproduziert wurde, wurde zum Untersuchen der Auswirkung des Additivs (MgO), auf die Verkohlung der Kohle unter den gleichen Bedingungen verwendet.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wurde Stickstoffgas über einen Inertgaseinlass 1 eingeführt, der am unteren Teil des experimentellen Ofens vorgesehen war. Das eingelassene Stickstoffgas gelangte durch eine mit Aluminiumoxidbällen aufgefüllte Schicht 2, und die Temperatur des Stickstoffs wurde beim Hindurchgelangen durch die mit Aluminiumoxidbällen gefüllte Schicht 2 genügend erhöht. Dann gelangte das Stickstoffgas durch einen Reaktionsbehälter 3 und wurde durch einen Gasauslass 5 ausgelassen. Zu dieser Zeit war die Menge des eingelassenen Stickstoffgases 150 l/min und der Durchmesser des Reaktionsgefäßes 3 155 mm. Die Temperatur des experimentellen Ofens wurde auf 1.000ºC gesetzt.
In Fig. 1 repräsentiert die unerklärte Referenznummer 4 ein Thermoelement, 6 einen Bunker und 7 eine Kraftmessdose.
Die Partikelgröße der Kohle, die in den experimentellen Ofen eingespeist wird, wurde direkt in Yard klassifiziert, und die Kohle mit der Partikelgröße 8-10 mm wurde gesiebt. Die gesiebte Kohle wurde in zwei gleiche Teile aufgeteilt, und einer der Teile wurde im Trockner ohne Nachbehandlung getrocknet. Währenddessen wurde eine MgO-Suspension für eine homogene Anhaftung an der Kohle hergestellt. Die MgO-Suspension und der andere Teil der Kohle wurde im Mischungsverhältnis des MgO und der Kohle, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist, gemischt, und die Mischung wurde im Trockner getrocknet. Die Trocknung wurde bei 105ºC 3 Stunden lang durchgeführt.
Die Kohle und die Kohle mit Magnesium auf ihrer Oberfläche, die im Trockner getrocknet wurde, wurden in den experimentellen Ofen eingespeist. Die Menge der zugeführten Kohle war 200 g (8-10 mm) und dies ergab ungefähr 3 Schichten der Kohlepartikel im Reaktionsgefäß. Nach der Zufuhr wurde die Gewichtsveränderung während der Reaktion unter der Verwendung einer Kraftmessdose 7 beobachtet, die am oberen Teil des experimentellen Ofens angebracht war. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 und Fig. 2 veranschaulicht.
Die Ergebnisse bei der Gewichtsveränderung wurden nach dreimaliger Wiederholung des Einspeisens zum Verringern des Analysefehlers bestimmt. Die gleiche Menge an Kohle wurde eingeführt, während kaum eine Gewichtsveränderung beobachtet wurde (8-10 mm; 3 Minuten).
Die Verkohlung der Kohle wurde durch Messung des Gewichtsverringerungsfortschrittes während der Reaktion und des Endgewichts der Kohle während des oben erwähnten Experiments gemessen.
Wie in Fig. 2 veranschaulicht, kann gezeigt werden, dass die Gewichtsverringerungsmenge der Kohle mit MgO auf ihrer Oberfläche geringer ist als die Menge des verringerten Gewichts der Kohle. Dies bedeutet, dass auf der Oberfläche der Kohle anhaftendes MgO die Volatilisierung der flüchtigen Bestandteile eindämmt.
Wie in Tabelle 1 veranschaulicht, kann beim Vergleichen der Freisetzungsverhältnisse der flüchtigen Bestandteile der Kohle mit MgO als Additiv und der Kohle ohne MgO gezeigt werden, dass das Freisetzungsverhältnis der flüchtigen Bestandteile der Kohle mit MgO ungefähr 2/3 desjenigen der Kohle ohne MgO ist. Bei der Kohle mit auf deren Oberfläche anhaftendem MgO wird 22% von 387,93 g der zugeführten Kohle als die flüchtigen Bestandteile volatilisiert, und die verbleibende Kohle wird verkohlt. Dies ergibt den gleichen Effekt, wenn die Kohle mit 22% flüchtiger Bestandteile verwendet wird. Wenn stattdessen nur Kohle verwendet wird, werden 32% von 399,92 g der zugeführten Kohle als die flüchtigen Bestandteile volatilisiert. Tabelle 1

Beispiel 2

Das Experiment wurde unter den gleichen Bedingungen wie denjenigen in Beispiel 1 durchgeführt, außer dass Kalkstein als das Additiv zum Erhöhen der Verkohlungsrate der Kohle verwendet wurde.
Es wurde eine Kalksteinsuspension hergestellt. Die Kalksteinsuspension und der andere Teil der Kohle wurden mit einem Mischungsverhältnis des Kalksteins und der Kohle gemischt, wie es in Tabelle 2 gezeigt ist, und die Mischung wurde im Trockner getrocknet, um den Kalkstein homogen auf der Oberfläche der Kohle anhaften zu lassen. Das Trocknen wurde 3 Stunden lang bei 105ºC durchgeführt.
Nach dem Trocknen im Trockner wurde die Kohle und die Kohle mit auf ihrer Oberfläche anhaftendem Kalkstein dem experimentellen Ofen zugeführt. Die Menge der zugeführten Kohle war 200 g (8-10 mm), und dies machte ungefähr 3 Schichten der Kohlepartikel im Reaktionsgefäß aus. Nach dem Eintauchen wurde die Gewichtsveränderung während der Reaktion unter Verwendung einer Ladezelle 7 beobachtet, die am oberen Teil des experimentellen Ofens angebracht war. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und Fig. 3 veranschaulicht.
Die Ergebnisse der Gewichtsveränderung wurden nach dreimaliger Wiederholung des Einführens zur Verringerung des Analysefehlers bestimmt. Die gleiche Menge an Kohle wurde eingeführt, während kaum eine Gewichtsveränderung beobachtet wurde (8-10 mm; 3 Minuten).
Das Verkohlen der Kohle wurde durch Messen des Gewichtsverringerungsfortschrittes während der Reaktion und des Endgewichts der Kohle bei dem oben erwähnten Experiment gemessen.
Wie in Fig. 3 veranschaulicht, kann gezeigt werden, dass die Gewichtsverringerungsmenge der Kohle mit Kalkstein geringer ist als die Gewichtsverringerungsmenge der Kohle. Dies bedeutet, dass der auf der Oberfläche der Kohle anhaftende Kalkstein die Volatilisierung der flüchtigen Bestandteile eindämmt.
Wie in Tabelle 2 veranschaulicht, kann beim Vergleich der Freisetzungsverhältnisse der flüchtigen Bestandteile der Kohle mit Kalkstein als Additiv und der Kohle ohne Kalkstein gezeigt werden, dass das Freisetzungsverhältnis der flüchtigen Bestandteile der Kohle mit Kalkstein ungefähr 2/3 desjenigen der Kohle ohne Kalkstein ist. In der Kohle mit auf der Oberfläche anhaftendem Kalkstein werden 19% von 558 g der eingetauchten Kohle als die flüchtigen Bestandteile volatilisiert und die verbleibende Kohle wird verkohlt. Dies ergibt den gleichen Effekt, wenn die Kohle mit 19% flüchtigen Bestandteilen verwendet wird. Wenn dagegen nur Kohle verwendet wird, werden 31,89% von 600 g der eingeführten Kohle als flüchtige Bestandteile volatilisiert. Tabelle 2
Wie oben beschrieben, wird der Verkohlungseffekt der Kohle erfindungsgemäß erhöht. Demnach kann die Gebrauchsmenge des Kokses durch den erhöhten Verkohlungsgrad verringert werden.
Auch wenn die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die bevorzugte Ausführungsform einzuschränken ist, es können vielmehr verschiedene Veränderungen und Modifikationen durch einen Fachmann vorgenommen werden, die immer noch im Umfang der nachfolgenden Ansprüche liegen.

Claims

1. Verfahren zum Erhöhen einer Verkohlungsrate von Kohle zur Verwendung in einem Eisenherstellungsverfahren, mit den folgenden Schritten:

Herstellen einer Magnesiumoxid(MgO)-Suspension;

Mischen der hergestellten MgO-Suspension mit der Kohle; und

Trocknen der Mischung zum Anhaften-Lassen von MgO auf einer Oberfläche der Kohle.

2. Verfahren zum Erhöhen einer Verkohlungsrate von Kohle nach Anspruch 1, wobei die MgO-Suspension mit der Kohle so gemischt wird, dass bei 100 g getrockneter Kohle eine Menge von MgO in der MgO-Suspension 2 bis 20 g beträgt.

3. Verfahren zum Erhöhen einer Verkohlungsrate von Kohle nach Anspruch 1, wobei die MgO-Suspension mit der Kohle so gemischt wird, dass bei 100 g getrockneter Kohle eine Menge von MgO in der MgO-Suspension 2 bis 9,7 g beträgt, wenn eine zum Eisenherstellungsverfahren erforderliche Basizität einer Schlacke 1,0 bis 1,3 beträgt.

4. Verfahren zum Erhöhen einer Verkohlungsrate von Kohle zur Verwendung in einem Eisenherstellungsverfahren, mit den folgenden Schritten:

Herstellen einer Kalksteinsuspension;

Mischen der hergestellten Kalksteinsuspension mit der Kohle; und

Trocknen der Mischung zum Anhaften-Lassen des Kalksteins auf einer Oberfläche der Kohle.

5. Verfahren zum Erhöhen einer Verkohlungsrate von Kohle nach Anspruch 4, wobei die Kalksteinsuspension mit der Kohle so gemischt wird, dass bei 100 g getrockneter Kohle eine Menge an Kalkstein in der Kalksteinsuspension 2 bis 20 g beträgt.

6. Verfahren zum Erhöhen einer Verkohlungsrate von Kohle nach Anspruch 5, wobei die Kalksteinsuspension mit der Kohle so gemischt wird, dass bei 100 g getrockneter Kohle eine Menge an Kalkstein in der Kalksteinsuspension 2 bis 17 g beträgt, wenn eine zum Eisenherstellungsverfahren erforderliche Basizität einer Schlacke 1,0 bis 1,3 beträgt.