Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen von feinteilchenför- migem Material in die Wirbelschicht eines Wirbelschichtreduk- tionsaggregates .

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen von eisenhältige Partikel umfassendem feinteil- chenförmigem Material in ein Wirbelschichtreduktionsaggregat mittels eines Brenners, wobei gegebenenfalls eine Teilmenge des feinteilchenförmigen Materials aus Entstaubungsvorrich- tungen stammt. Weiter betrifft die Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten mittels eines Schmelzreduktionsprozesses in einem Schmelzreduktionsaggregat . Stand der Technik

In einem Roheisenherstellungsprozess fallen unterschiedliche Prozessgase, beispielsweise Offgas aus einem Wirbelschichtreduktionsaggregat oder aus einem Reduktionsaggregat mit

Festbett an, welche vor einer weiteren Nutzung oder vor deren Freisetzung in die Umwelt von mitbeförderten Feststoffpartikeln weitgehend befreit werden müssen. Dies erfolgt in Ent- staubungseinrichtungen, insbesondere in Trockenentstaubungs- einrichtungen , wobei die bei der Entstaubung abgeschiedenen Feststoffpartikel oftmals Eisen- oder Eisenverbindungen enthalten, welche aus Wirtschaftlichkeitsgründen und Umweltschutzgründen dem Roheisenherstellungsprozess wieder zugeführt werden . Beispielsweise fällt im Zuge der Roheisenherstellung mittels FINEX ^® - Verfahren bei der Trockenentstaubung des FINEX ^® - Offgases mittels Schlauchfilter beziehungsweise Heißgasfilter stündlich eine Staubmasse an, welche rund 2% der Masse des stündlichen Feinerzeinsatzes entspricht. Der Anteil des in dieser anfallenden Staubmasse enthaltenen Eisens und/oder der in dieser anfallenden Staubmasse enthaltenen Eisenverbindungen beträgt etwa 65%. Der Anteil des in dieser anfallenden Staubmasse enthaltenen Kohlenstoffs und/oder der in dieser anfallenden Staubmasse enthaltenen Kohlenstoffverbindungen beträgt etwa 6%.

Die unmittelbare Rückführung dieser teils vorreduzierten Feststoffpartikel in ein Wirbelschichtreduktionsaggregat, bei der die Feststoffpartikel ohne einer vorhergehenden

Agglomerierung zu Agglomeraten in das Wirbelschichtreduktionsaggregat rückgeführt werden, ist insofern problematisch, als die Korngröße der Feststoffpartikel zu gering ist - eine typische Korngrößenverteilung D ₅₀ solcher Feststoffpartikel liegt zwischen 6ym und 9ym -, was einen sofortigen Austrag der eingebrachten Feststoffpartikel aus dem Wirbelschichtreduktionsaggregat zur Folge hätte. Aus diesem Grund werden nach dem Stand der Technik die Feststoffpartikel vor dem Einbringen in das Wirbelschichtreduktionsaggregat üblicherweise zu größeren Einheiten verdichtet, insbesondere agglomeriert. Diese Agglomerierung erfolgt mittels eigenen

Agglomeriervorrichtungen. Die Feststoffpartikel werden in die Agglomeriervorrichtung eingebracht und dort zu Agglomeraten agglomeriert. Anschließend werden diese Agglomerate mittels geeigneter Chargiervorrichtungen in das Wirbelschichtreduktionsaggregat eingebracht. Nachteilig dabei ist, dass eigene Agglomeriervorrichtungen benötigt werden, welche viel Platz benötigen und deren Betreiben zusätzliche Kosten verursacht. Die DE 1154817 beschreibt ein Verfahren zum Reduzieren von Eisenerz unter Einführung von feinzerkleinertem Eisenerz, Flussmittel, Brennstoff, Sauerstoff und/oder Luft durch Brenner in eine Reaktionskammer, wobei die Reaktionskammer als Schmelzofen ausgebildet ist. Dabei wird das feinzerkleinerte Eisenerz direkt mittels eines im Dombereich der Reaktionskammer angebrachten und mit seiner Achse senkrecht zur Oberfläche eines in der Reaktionskammer vorhandenen Schmelzbades aus flüssigem Eisen und flüssiger Schlacke auf diese Oberfläche geleitet . Ähnlich wie die DE 1154817 offenbart die US 2688478 einen Re- duktions- beziehungsweise Schmelzofen zur Reduktion und zum Einschmelzen von Eisenerz sowie zur Produktion von Gas und Energie. Dabei wird mittels an der Unterseite des Schmelz- ofens und knapp über dem Schmelzbad und mit ihren Längsachsen in Richtung Schmelzbadoberfläche angebrachten und in den Schmelzofen ragenden Einlässen Feinerz und gegebenenfalls Zusatzstoffe mit Hilfe eines sauerstoffhältigen Gases in den Schmelzofen eingeblasen, wobei das eingeblasene Material di- rekt auf die Schmelzbadoberfläche geblasen und an dieser eingeschmolzen wird.

Ebenso wie die US 2688478 offenbart die GB 882909 einen Schmelzofen und ein Verfahren zum Einschmelzen von Eisenerz, wobei mittels einer an der Oberseite des Schmelzofens angebrachten Brennervorrichtung Feinerz unter Zugabe von Sauerstoff und eines Brennstoffes in den Schmelzofen eingebracht werden und die Verbrennungsprodukte direkt auf die Oberfläche des im Schmelzofen vorhandenen Schmelzbades oder Schlackenba- des auftreffen und eingeschmolzen werden.

Die WO 9815661 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von flüssigem Roheisen, bei dem feinteilchenför- mige Eisenoxidträger mittels eines Staubbrenners in die Einschmelzvergasungszone eines Einschmelzvergasers eingebracht werden. Dabei werden die feinteilchenförmigen Eisenoxidträger vor dem Einbringen in den Einschmelzvergaser mittels von der Vorrichtung zugeordneten Einrichtungen zur Reduktion der Eisenoxidträger reduziert.

Nachteilig dabei ist der erforderliche zusätzliche apparative Aufwand für die Einrichtungen zur Reduktion der Eisenoxidträger . In der WO 02088401 ist ein Verfahren zur Herstellung von Roheisen im Rahmen eines COREX ^® - Verfahrens dargestellt, wobei das von einem Einschmelzvergaser abgezogene Exportgas von Staub befreit wird, und der Staub mittels eines Staubbrenners zusammen mit einem sauerstoffhältigen Gas und kohlenstoffhältigen Material wieder in den Einschmelzvergaser eingebracht wird.

Die WO9802586 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von flüssigem Roheisen, wobei mittels im Dombereich beziehungsweise auf Höhe des Fließbettes eines

Einschmelzvergasers angebrachter Brenner feinkörniges und reduziertes Eisenerz oder Staub in den Einschmelzvergaser eingebracht werden.

WO 9748825 beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung einer Metallschmelze mittels eines Einschmelzvergasers, bei der teilreduzierte und einen Feinanteil aufweisende Metallträger in den Einschmelzvergaser eingebracht werden, wobei diese zu- nächst auf eine mittels eines Brenners beheizbare Auffangvorrichtung, welche zentral im Dombereich des

Einschmelzvergasers angeordnet ist, auftreffen, auf dieser teilweise aufgeschmolzen und anschließend durch Gravitationswirkung in die Einschmelzvergasungszone des

Einschmelzvergasers gelangen und dort eingeschmolzen werden.

Bei den oben genannten, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, wird das feinteilchenförmige Material entweder in ein Schmelzreduktionsaggregat eingebracht und dort einge- schmolzen oder nach einer Agglomerierung in einer

Agglomeriervorrichtung in ein Wirbelschichtreduktionsaggregat eingebracht. Ein wesentlicher Nachteil bei ersterem Verfahren liegt darin, dass die Rückführung des feinteilchenförmigen Materials in den Roheisenherstellungsprozess durch Einbringen des feinteilchenförmigen Materials in das Schmelzreduktionsaggregat erfolgt. Das feinteilchenförmige Material muss im Schmelzreduktionsaggregat noch reduziert beziehungsweise fertigreduziert werden. Dadurch wird aber der Einschmelz- beziehungsweise der Vergasungsprozess in der

Einschmelzvergasungszone des Schmelzreduktionsaggregates nachteilig beeinträchtigt. Daher ist die Rückführung von solchem feinteilchenförmigen Material in den Roheisenherstellungsprozess durch Einbringen des feinteilchenförmigen Materials in das Schmelzreduktionsaggregat mengenmäßig begrenzt. Es kann also bei diesem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren keine beliebig große Menge an solchem feinteilchen- förmigen Material in den Roheisenherstellungsprozess rückgeführt beziehungsweise eingesetzt werden. Zweiteres Verfahren hat den Nachteil, dass eigene Agglomeriervorrichtungen erforderlich sind. Diese benötigen viel Platz und verursachen zudem hohe zusätzliche Kosten.

Zusammenfassung der Erfindung

Technische Aufgabe

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, bei dem eine große Men- ge an eisenhältige Partikel umfassendem feinteilchenförmigem Material einfach und ohne vorherige Behandlung unmittelbar in einem Roheisenherstellungsprozess und/oder Direktreduktions- prozess eingesetzt werden kann, ohne den Roheisenherstellungsprozess nachteilig zu beeinflussen.

Technische Lösung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Einbringen von eisenhältige Partikel umfassendem feinteil- chenförmigem Material in ein Reduktionsaggregat gelöst, bei dem das Reduktionsaggregat ein Wirbelschichtreduktionsaggregat mit einer Wirbelschicht ist, bei dem die Temperatur in der Wirbelschicht mehr als 300°C, bevorzugt mehr als 400°C, besonders bevorzugt mehr als 500°C und weniger als 900°C, be- vorzugt weniger 850°C, besonders bevorzugt weniger als 800°C beträgt, bei dem das Einbringen des feinteilchenförmigen Materials mittels eines Brenners direkt in die Wirbelschicht und/oder in einen Freiraum über der Wirbelschicht erfolgt, und bei dem das feinteilchenförmige Material während des Ein- bringens zu Agglomeraten agglomeriert wird, wonach die Agglomerate so lange in der Wirbelschicht des Wirbelschichtreduktionsaggregats gehalten werden, bis sie wieder aus dem Wirbelschichtreduktionsaggregat ausgebracht werden. Das feinteilchenförmige Material weist eine Korngrößenverteilung D ₅₀ auf, bei dem ein Einbringen, beispielsweise Einbla- sen, des feinteilchenförmigen Materials in die Wirbelschicht des Wirbelschichtreduktionsaggregat mit großen Schwierigkei- ten, insbesondere durch den Austrag des eingebrachten Materials mit einem das Wirbelschichtreduktionsaggregat im Gegenstrom durchsetzenden Reduktionsgas aus dem Wirbelschichtreduktionsaggregat, verbunden ist. Das feinteilchenförmige Material weist vorzugsweise eine Korngrößenverteilung D ₅ o von kleiner als 50ym auf. Vorzugsweise liegt die Korngrößenverteilung D ₅₀ des feinteilchenförmigen Materials zwischen 2ym und lOym. Mit Korngrößenverteilung oder

Partikelgrößenverteilung D ₅₀ wird der Median der Durchmesser aller in dem feinteilchenförmigen Material enthaltenen Parti- kel bezeichnet. Beispielsweise bedeutet D ₅₀ = 5ym, dass die eine Hälfte der Partikel des feinteilchenförmigen Materials einen Durchmesser von weniger als 5ym und die andere Hälfte der Partikel des feinteilchenförmigen Materials einen Durchmesser von mehr als 5ym aufweist. Erfindungsgemäß umfasst das feinteilchenförmige Material eisenhältige Partikel. Umfassen ist in dem Sinn zu verstehen, dass das feinteilchenförmige Material jedenfalls eisenhältige Partikel enthält, jedoch zusätzliche andere Stoffe enthalten kann. Die eisenhältigen Partikel des feinteilchenförmigen Materials können aus dem Element Eisen bestehen oder die Partikel bestehen aus Eisen enthaltenden Verbindungen, beispielsweise Eisenoxide, Eisenerze oder Feineisenerze. Weiters umfasst der Begriff

„eisenhältige Partikel" auch eine Mischung aus Partikeln die aus Eisen bestehen und Partikel die aus Eisen enthaltenden Verbindungen bestehen.

Das feinteilchenförmige Material wird erfindungsgemäß in das Wirbelschichtreduktionsaggregat, eingebracht. Die in das Wirbelschichtreduktionsaggregat eingebrachten eisenhältigen Par- tikel werden, sofern diese Partikel oxidische Anteile enthalten, mittels eines vorzugsweise Wasserstoff und/oder Kohlen- monoxid umfassenden Reduktionsgases zu Eisenvorprodukten und/oder Eisenprodukten reduziert oder teilweise reduziert. Teilweise reduziert bedeutet, dass zumindest einige Partikel mit oxidischen Anteilen nach ihrer Reduktion zumindest ein Sauerstoffatom weniger enthalten.

Das Einbringen des feinteilchenförmigen Materials mittels des Brenners in das Wirbelschichtreduktionsaggregat erfolgt derart, dass das feinteilchenförmige Material mittels des Brenners in die Wirbelschicht und/oder in den Freiraum über der Wirbelschicht des Wirbelschichtreduktionsaggregates eingebracht wird. Das feinteilchenförmige Material kann gegebenen- falls auch mittels mehrerer, über den Mantel des Reduktionsaggregates verteilte Brenner, in das Wirbelschichtreduktionsaggregat eingebracht werden, wobei das feinteilchenförmige Material mittels einer vom Brenner ausgehenden Flamme in das Wirbelschichtreduktionsaggregat befördert beziehungsweise ge- blasen wird und/oder das feinteilchenförmige Material während des Einbringens in das Wirbelschichtreduktionsaggregat mittels des Brenners zumindest mit einem Teil der vom Brenner ausgehenden Flamme in Berührung kommt oder mit dieser in Wechselwirkung tritt. Bei Vorhandensein mehrerer Brenner er- folgt die Aufteilung der jeweils mittels eines bestimmten

Brenners eingebrachten Menge an feinteilchenförmigem Material beliebig und kann gezielt und jederzeit den jeweiligen Prozessanforderungen im Wirbelschichtreduktionsaggregat ange- passt werden.

Unter Wirbelschicht versteht man eine Schüttung von feinteil- chenförmigem Material, welche durch eine aufwärtsgerichtete Strömung eines Fluids, vorzugsweise durch eine aufwärtsgerichtete Strömung des Reduktionsgases, in einen fluidisierten Zustand versetzt wird. Die Schüttung hat fluidähnliche Eigenschaften, beispielsweise die Eigenschaften von Wasser. Dabei wird zwischen homogenen Wirbelschichten mit einer räumlich gleichmäßigen Verteilung des im Wirbelschichtaggregat vorhandenen feinteilchenförmigen Materials und inhomogenen Wirbel- schichten mit einer räumlich ungleichmäßigen Verteilung des im Wirbelschichtreduktionsaggregat vorhandenen feinteilchen- förmigen Materials unterschieden. Zusätzlich sind stationäre oder blasenbildende Wirbelschichten, bei denen die Schüttung eine deutliche Grenze besitzt, aus der nur sehr wenig fein- teilchenförmiges Material ausgetragen wird, bekannt. Als zirkulierende Wirbelschichten werden Wirbelschichten bezeichnet, bei denen die Schüttung keine deutliche obere Grenze mehr besitzt, das heißt, das feinteilchenförmige Material wird in große Maß aus der Wirbelschicht (Schüttung) ausgetragen. Blasenbildende Wirbelschichten weisen einen Volumsanteil von etwa 20% - 40% an feinteilchenförmigem Material auf. Oberhalb der sogenannten „dichten" Zone der Wirbelschicht, das ist jene Zone im Wirbelschichtreduktionsaggregat mit einem

Volumsanteil des feinteilchenförmigen Materials über 5%, befindet sich der Freiraum über der Wirbelschicht mit einem Volumsanteil an feinteilchenförmigem Material von weniger als 5%. Erfindungsgemäß wird das feinteilchenförmige Material direkt in die Wirbelschicht und/oder in den Freiraum über der Wirbelschicht des Wirbelschichtreduktionsaggregates eingebracht .

Erfindungsgemäß wird das feinteilchenförmige Material während des Einbringens zu Agglomeraten agglomeriert, wonach die Ag- glomerate so lange in der Wirbelschicht des Wirbelschichtreduktionsaggregats gehalten werden, bis sie wieder aus dem Wirbelschichtreduktionsaggregat ausgebracht werden.

Mittels einer vom Brenner ausgehenden Flamme, beziehungsweise mittels der von der Flamme auf die eisenhältigen Partikel übertragenen Wärmeenergie und/oder einer im Bereich der Flamme vorliegenden Gaszusammensetzung, welche sich von der außerhalb des Bereiches der Flamme vorliegenden Gaszusammensetzung unterscheidet, wird das feinteilchenförmige Material nur an der Oberfläche angeschmolzen. Dadurch verschmelzen die einzelnen Bestandteile des feinteilchenförmigen Materials zu mehr oder weniger großen Agglomeraten. Diese Agglomerate werden durch das von unten nach oben durch das Wirbelschichtreduktionsaggregat strömende Reduktionsgas in einem Schwebezu- stand gehalten. Die Größe der sich bildenden Agglomerate ist abhängig von der Temperatur der Flamme. Die Temperatur der Flamme, beziehungsweise die Brennflecktemperatur, das ist die Temperatur in unmittelbarer Umgebung der Flamme, wird demnach derart eingestellt, dass die Agglomerate durch das Redukti- onsgas weder aus dem Wirbelschichtreduktionsaggregat ausgetragen werden, noch nach unten auf den Boden des Wirbelschichtreduktionsaggregates sinken. Vielmehr führen die Agglomerate in der Wirbelschicht beziehungsweise im Freiraum über der Wirbelschicht eine durch den Reduktionsgasstrom hervorgerufene zufällige Bewegung aus - sie befinden sich in einem Schwebezustand innerhalb der Wirbelschicht.

Die Temperatur in der Wirbelschicht beziehungsweise im Frei- räum über der Wirbelschicht beträgt mehr als 300°C, bevorzugt mehr als 400°C, besonders bevorzugt mehr als 500°C und weniger als 900°C, bevorzugt weniger 850°C, besonders bevorzugt weniger als 800°C. Diese Temperatur liegt unter der Schmelztemperatur des feinteilchenförmigen Materials. Die Agglomera- te werden im Wirbelschichtreduktionsaggregat nicht eingeschmolzen. Die Agglomerate werden deshalb auch als solche wieder aus dem Wirbelschichtreduktionsaggregat ausgebracht.

Das Einbringen des feinteilchenförmigen Materials in Form von Agglomeraten in die Wirbelschicht des Wirbelschichtreduktionsaggregates hat ein Ansteigen der Korngrößenverteilung (beispielsweise der D ₅₀ ) des eingebrachten feinteilchenförmigen Materials zur Folge, womit unmittelbar eine Verringerung des mit dem Reduktionsgas ausgetragenen Anteils an feinteil- chenförmigem Material beziehungsweise des Anteils der eisenhältigen Partikel - die Wertstoffe - aus dem Wirbelschichtreduktionsaggregat verbunden ist. Dadurch können die im Rahmen eines Roheisenherstellungsprozesses, beispielsweise ein FINEX ^® - Prozess, durch den Austrag von Wertstoffen aus dem Wirbelschichtreduktionsaggregat verursachten Verluste an Wertstoffen, insbesondere die eisenhältigen Partikel, minimiert werden. Zusätzlich wird die Stabilität und die Leistung, welche der Masse an kompaktierten Einheiten pro Zeiteinheit entspricht, einer dem Wirbelschichtreduktionsaggregat gegebenenfalls nachgeschalten Kompaktiervorrichtung zur

Kompaktierung der im Wirbelschichtreduktionsaggregat hergestellten Eisenvorprodukte und/oder Eisenprodukte erhöht. Zusätzlich wird eine ohne die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sonst notwendige Agglomerationsvorrichtung zur Agglomerierung der eisenhältigen Partikel vor dem Einbringen in das Wirbelschichtreduktionsaggregat überflüssig.

In Zusammenhang mit einem Anlagenverbund, bei dem mehrere Wirbelschichtreduktionsaggregate mit Wirbelschichtverfahren in Kaskade geschaltet sind, können die Mengen des eingebrachten feinteilchenförmigen Materials beliebig auf die unterschiedlichen Wirbelschichtreduktionsaggregate aufgeteilt werden .

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass im Rahmen eines Roheisenherstellungsprozesses und/oder Direktreduktionsprozesses große Mengen dieses feinteilchenförmigen Materials direkt und ohne vorherige Behandlung wie beispielsweise Agglomerierung zu Agglomeraten in einer eigenen Agglomeriervorrichtung, in das Wirbelschichtreduktionsaggregat oder - im Falle eines Anlagenverbundes mit mehreren Wirbelschichreduktionsaggregaten - in die jeweiligen Wirbelschichtreduktionsaggregate eingebracht werden können. Insbesondere ist dieses Verfahren dazu geeignet, sehr große Mengen an nicht und/oder nicht fertigreduziertem feinteilchenförmigen Material in den Roheisenher- stellungsprozess rückzuführen, ohne dabei die Qualität des Roheisenherstellungsprozesses negativ, wie im Stand der Technik, zu beeinflussen. Im Stand der Technik wird das feinteil- chenförmige Material üblicherweise in ein Schmelzreduktionsaggregat eingebracht. Dadurch wird aber der Einschmelz- beziehungsweise der Vergasungsprozess in der

Einschmelzvergasungszone des Schmelzreduktionsaggregates nachteilig beeinträchtigt.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilmenge des feinteilchenförmigen Materials aus einer Entstaubungsvorrichtung, insbesondere einer Trockentstaubungsvorrichtung, eines Schmelzreduktionsag- gregates und/oder einer Direktreduktionsanlage stammt.

Unter Direktreduktionsanlage ist ein, zumindest ein Reduktionsaggregat umfassendes System zu verstehen, welches geeignet ist, eisenoxidhältiges Material zu reduzieren. Unter Schmelz- reduktionsaggregat ist Aggregat beziehungsweise ein System zu verstehen, welches derart ausgebildet ist, dass es

eisenoxidhältiges Material reduzieren und aufschmelzen kann - beispielsweise ein Hochofen oder eine FINEX ^® - Anlage.

Durch diese Ausführungsform kann mittels Entstaubungsvorrich- tungen abgeschiedenes feinteilchenförmiges Material wieder in den Roheisenherstellungsprozess rückgeführt werden. Der Begriff Entstaubungsvorrichtung umfasst insbesondere Trocken- entstaubungsvorrichtungen zur Reinigung von aus dem Wirbelschichtreduktionsaggregat abgezogenem Offgas und/oder von Ventgas aus einer Kompaktiervorrichtung, beispielsweise für HCl (hot compacted iron) und/oder Gießhallenentstaubungen . Handelt es sich um Nassentstaubungsvorrichtungen beziehungs- weise Wäscher, so ist eine Rückführung der bei der Nassent- staubung abgeschiedenen Schlämme und Stäube, gegebenenfalls nach einer Trocknung der abgeschiedenen Schlämme und Stäube, als feinteilchenförmiges Material in das Wirbelschichtreduktionsaggregat möglich.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei einer Teilmenge des die eisenhältigen Partikel umfassenden feinteilchenförmigen Materials während des Einbringens mittels des Brenners zumindest eine Reaktion aus der Gruppe bestehend aus den Reaktionen a. Oxidation der eisenhältigen Partikel,

b. Reduktion der eisenhältigen Partikel,

c. Vergrößerung der Porosität der eisenhältigen Partikel,

d. Trocknung des feinteilchenförmigen Materials, abläuft .

Weisen die eisenhältigen Partikel beispielsweise

magnetitischen Anteile auf, so werden bei Vorliegen einer für Magnetit oxidierenden Gaszusammensetzung im Bereich der Flamme die magnetitischen Anteile zumindest teilweise zu

hämatitischen Anteilen oxidiert. Zumeist sind im Wirbelschichtreduktionsaggregat die hämatitischen Anteile besser als die magnetitischen Anteile reduzierbar. Enthalten die in das Wirbelschichtreduktionsaggregat einzubringenden eisenhältigen Partikel beziehungsweise das fein- teilchenförmige Material eine für die Reduktion im Wirbel- schichtreduktionsaggregat ungünstig hohe Feuchtigkeit, so wird diese während des Einbringens reduziert. Das heißt, während des Einbringens der eisenhältigen Partikel beziehungsweise des feinteilchenförmigen Materials erfolgt eine Trocknung des feinteilchenförmigen Materials.

Ein weiterer Vorteil ist dadurch gegeben, dass während des Einbringens der eisenhältigen Partikel die Porosität der eisenhältigen Partikel vergrößert wird - dies führt zu einer Beschleunigung des Reduktionsvorganges im Wirbelschichtreduk- tionsaggregat .

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das feinteilchenförmige Material mittels eines Fördergases pneumatisch zum Brenner transportiert wird.

Das feinteilchenförmige Material wird mit dem Fördergas mitbewegt beziehungsweise von diesem angetrieben oder mittels des Fördergases zu dem Brenner geblasen. Der Vorteil, der sich durch den pneumatischen Transport des feinteilchenförmi- gen Materials ergibt, ist der, dass das feinteilchenförmige

Material tragende Vorrichtungen, beispielsweise Förderbänder, unnötig und lediglich das feinteilchenförmige Material zumindest teilweise umschließende Vorrichtungen, beispielsweise Rohrleitungen, notwendig sind. Dadurch wird ein während des Transportes gegebenenfalls auftretender Verlust von feinteil- chenförmigem Material minimiert beziehungsweise verhindert.

Besonders bevorzugt ist das Verfahren, wenn die eisenhältigen Partikel zumindest ein Mitglied aus der Gruppe bestehend aus den Mitgliedern Magnetitpartikel, Staub aus einer Entstau- bungsvorrichtung, insbesondere einer Trockenentstaubungsvor- richtung, Offgasstaub aus einer Trockenentstaubungsvorrich- tung, Staub aus einer Kompaktiervorrichtung, insbesondere aus einer Heißkompaktiervorrichtung (hot compacted iron plant) , aus einer Brikettiervorrichtung oder aus einer

Heißbrikettiervorrichtung und Hüttenwerkstäube, insbesondere Stäube aus einer Gießhallenentstaubung, Feineisenerze - vorzugsweise Feineisenerze < 200ym,

umfassen .

Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass ein Großteil der in Trockenentstaubungsvorrichtungen oder im Rahmen des Roheisenherstellungsprozesses anfallenden eisenhältigen Partikel wieder in den Roheisenherstellungsprozess rückgeführt werden können. Die Feineisenerze bestehen aus Feineisenerzpartikel. Ein Anteil von 90% - 95% der Feineisenerzpartikel weist einen Durchmesser von kleiner als 200ym auf.

Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich dadurch, dass das feinteilchenförmige Material

kohlenstoffhältige Stoffe umfasst und/oder mit einer Temperatur von vorzugsweise mehr als 150°C zum Brenner transportiert wird .

Die kohlenstoffhältigen Stoffe werden, bei Vorhandensein von Sauerstoff in der Umgebung der kohlenstoffhältigen Stoffe, während des Einbringens des feinteilchenförmigen Materials in das Wirbelschichtreduktionsaggregat mittels einer durch den Brenner erzeugten und von diesem ausgehenden Flamme teilweise oder auch vollständig oxidiert. Bei der Oxidation des feinteilchenförmigen Materials entsteht Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Kohlenmonoxid ist ein Gas mit Reduktionspotential und liefert daher einen Beitrag zur Reduktion von sich im Wirbelschichtreduktionsaggregat befindenden eisenoxidhältigen Stof- fen .

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass dem Wirbelschichtreduk tionsaggregat weniger oder gar kein Reduktionsgas, welches aus einer anderen Quelle, beispielsweise aus einem Schmelzre duktionsaggregat stammt, zugeführt werden muss.

Beträgt die Temperatur des feinteilchenförmigen Materials mehr als 150°C - sogenanntes heißes feinteilchenförmiges Material - so erfolgt der Transport des heißen feinteilchenför- migen Materials vorzugsweise mittels einer Heißfördervorrichtung. Liegt das feinteilchenförmige Material vor dessen Transport zum Brenner bereits als heißes feinteilchenförmiges Material vor, so kann das heiße feinteilchenförmige Material ohne dessen vorherige Abkühlung in heißem Zustand zum Brenner transportiert werden. Dies ist mit dem Vorteil einer Steigerung der Energieeffizienz verbunden, da die Wärmeenergie, die dem feinteilchenförmigen Material beispielsweise im Brenner oder im Wirbelschichtreduktionsaggregat zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zugeführt werden muss, reduziert wird .

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der Brenner mit einem gasförmigen Brennstoff und/oder einem flüssigen Brennstoff und/oder einem festen Brennstoff und/oder mit einem sauerstoffhältigen Gas betrieben wird, wobei bei Betrieb des Brenners mit Brennstoff, der gasförmige Brennstoff und/oder der feste Brennstoff zumindest ein Mitglied aus der Gruppe bestehend aus den Mitgliedern: Produktgas aus einer CC>2-Entfernungsvorrichtung, Tailgas aus einer CC>2-Entfernungsvorrichtung, Kühlgas, Exportgas, Topgas, Offgas, Koksofengas, Erdgas, durch Druck verflüssigtes Gas, Gas aus Biomassevergasung, kohlenstoff- und/oder wasserstoffhältiges Gas und feste Kohlenstoffträger und/oder feste Kohlenwasserstoffträger umfasst.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass sowohl die im Rahmen eines Roheisenherstellungsprozess anfallenden Prozessgase, die normalerweise einer teuren Aufbereitung vor ihrer Freisetzung in die Umwelt unterzogen werden müssten, erfindungsgemäß als Brennstoff für den Brenner eingesetzt werden können, und somit zur Steigerung der Energieeffizienz des Roheisenherstellungsprozesses führen. Sind solche Prozessgase nicht oder nicht in genügendem Ausmaß vorhanden, so können dem Brenner sämtliche herkömmlichen gasförmigen und festen Brennstoffe, sowie auch sauerstoffhältiges Gas zugeführt werden . Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der gasförmige Brennstoff und/oder der feste Brennstoff nach Austritt aus dem Brenner zumindest teilweise mit einem sauerstoffhältigen Gas oxidiert wird und das sauerstoffhältige Gas zumindest ein Mitglied aus der Gruppe bestehend aus den Mitgliedern Luft, Sauerstoff, Stickstoff und Dampf umfasst.

Der dem Brenner zugeführte Brennstoff wird unter Zugabe des sauerstoffhältigen Gases unter Bildung von Wärmeenergie und einer Flamme verbrannt. Das stöchiometrische Verhältnis zwischen dem sauerstoffhältigen Gas und dem Brennstoff kann dabei so gewählt werden, dass ein Überschuss an Sauerstoff vorhanden ist, wobei der Sauerstoff des sauerstoffhältigen Gases bei der Verbrennung nicht vollständig aufgebraucht wird. Dadurch erhält man eine sogenannte „oxidierende Flamme", welche, falls die eisenhältigen Partikel magnetitische Anteile aufweisen, die magnetitischen Anteile während des Einbringens in das Wirbelschichtreduktionsaggregat zumindest teilweise durch Oxidation in hämatitische Anteile umwandelt beziehungsweise oxidiert. Dies hat den Vorteil eines effizienteren Reduktionsprozesses im Wirbelschichtreduktionsaggregat, da Hä- matit im Vergleich zu Magnetit leichter zu reduzieren ist.

Umgekehrt ist ein Betrieb des Brenners mit einer „reduzierenden Flamme" möglich, wobei das sauerstoffhältige Gas unter- stöchiometrisch zu dem Brennstoff zugemischt wird. Der Magnetit wird durch die „reduzierende Flamme" während des Einbringens in das Wirbelschichtreduktionsaggregat zumindest teilweise reduziert, was den späteren Reduktionsvorgang im Wirbelschichtreduktionsaggregat ebenfalls positiv beeinflussen kann .

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass bei Betrieb des Brenners ausschließlich mit dem sauerstoffhältigen Gas, das sauerstoffhältige Gas mit einer Wasserstoff und/oder Koh- lenmonoxid und/oder Methan und/oder Kohlenwasserstoffe umfas- senden Gasatmosphäre im Wirbelschichtreduktionsaggregat umgesetzt wird.

Dabei wird zumindest eine Teilmenge der in unmittelbarer Nähe der in das Wirbelschichtreduktionsaggregat brennenden Flamme vorhandenen Wasserstoff- und/oder Kohlenmonoxid- und/oder Methan- und/oder Kohlenwasserstoff - Komponenten der Gasatmosphäre des Wirbelschichtreduktionsaggregates zusammen mit dem Sauerstoff des sauerstoffhältigen Gases verbrannt beziehungs- weise oxidiert. Das hat den Vorteil, dass der Brenner nötigenfalls auch ohne von außen zugeführten Brennstoff betrieben werden kann. Die Kohlenwasserstoffe sind beispielsweise Ethan oder Propan oder oder Ethan und Propan umfassende Gasmischungen .

Umfasst die Gasatmosphäre des Wirbelschichtreduktionsaggregates sauerstoffhältiges Gas, so ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der dem Brenner zugeführte Brennstoff mit dem Sauerstoff, welcher in der Gasatmosphäre des Wirbelschichtreduktionsaggregates vorhanden ist, verbrannt beziehungsweise oxidiert wird. Dabei wird zumindest eine Teilmenge des in unmittelbarer Nähe der in das Wirbelschichtreduktionsaggregat brennenden Flamme vorhandenen Sauerstoffes der Gasatmosphäre des Wirbelschichtreduktionsaggregates mit dem dem Brenner zugeführten Brennstoff verbrannt. Das hat den Vorteil, dass der Brenner nötigenfalls auch ohne eines von Außen zugeführten sauerstoffhältigen Gases betrieben werden kann. Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, dass der feste Brennstoff mittels des Fördergases in den Brenner transportiert wird, wobei das Fördergas zumindest ein Mitglied aus der Gruppe bestehend aus den Mitgliedern Produktgas aus einer C0 ₂ - Entfernungsvorrichtung, Tailgas aus einer CO ₂ -

Entfernungsvorrichtung, Kühlgas, Exportgas, Topgas, Offgas, Koksofengas, Erdgas, Gas aus Biomassevergasung, kohlenstoff- und/oder wasserstoffhältiges Gas, Luft, Sauerstoff, Stickstoff und Dampf umfasst. Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilmenge des gasförmigen Brennstoffes und/oder zumindest eine Teilmenge des sauerstoffhältigen Gases als Fördergas für den pneumatischen Transport des feinteilchenförmigen Materials zum Brenner verwendet wird.

Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Brenner zumindest ein Feststoff, insbesondere Kohlenstoff- und/oder Kohlenwasserstoffträger wie Feinkoks und/oder Feinkohle zugeführt wird, welcher zusätzlich zu dem die eisenhältigen Partikel umfassenden feinteilchenförmigen Material mittels des Brenners in das Wirbelschichtreduktionsaggregat eingebracht wird.

Der Feststoff wird dem Brenner getrennt von den eisenhältigen Partikeln zugeführt. Der Feststoff liegt in feinteilchenför- miger Form vor. Sowohl der Feststoff als auch das feinteil- chenförmige Material werden dem Brenner in dosierter Menge zugeführt beziehungsweise von diesem in dosierter Menge in das Wirbelschichtreduktionsaggregat eingebracht. Unter dem Ausdruck „in dosierter Menge" ist eine variierbare, pro Zeiteinheit dem Brenner zugeführte beziehungsweise mittels des Brenners in das Wirbelschichtreduktionsaggregat eingebrachte Menge an feinteilchenförmigen Material und/oder Feststoff zu verstehen .

Mit der Zuführung des Feststoffes oder der Feststoffe in do- sierter Menge kann die Brennflecktemperatur, neben der Regelung über die Brennerleistung und bei Betrieb des Brenners mit Brennstoff neben der Regelung über das Verhältnis des sauerstoffhältigen Gases zu Brennstoff, in einem definierten Bereich eingestellt werden. Unter Brennflecktemperatur ist die Temperatur in der unmittelbaren Umgebung der vom Brenner ausgehenden Flamme zu verstehen. Unter Brennerleistung ist die pro Zeiteinheit mittels des Brenners in das Wirbelschichtreduktionsaggregat eingebrachte Energie, insbesondere Wärmeenergie, zu verstehen. Ist die Brennflecktemperatur hö- her, so agglomerieren die mittels des Brenners in das Wirbelschichtreduktionsaggregat eingebrachten eisenhältigen Partikel während ihres Einbringens in der vom Brenner ausgehenden Flamme zu Agglomeraten, die in der Wirbelschicht des Wirbel- Schichtreduktionsaggregates fluidisiert werden können. Ist die Brennflecktemperatur jedoch zu hoch, so entstehen zu große Agglomerate, die in der Wirbelschicht nicht mehr

fluidisiert werden können. Unter Umständen agglomerieren auch die die Wirbelschicht bildenden Partikel zu zu großen Agglo- meraten, die in der Wirbelschicht nicht mehr fluisisiert werden können. Die Bildung dieser zu großen Agglomerate kann zu einem Versagen der Wirbelschicht durch Defluidisierung der Wirbelschicht - die Agglomerate können in der Wirbelschicht nicht mehr fluidisiert werden - führen. Die Wirbelschicht kann unter diesen Umständen nicht mehr aufrecht erhalten werden. Ist die Brennflecktemperatur andererseits gering, so findet während des Einbringens der eisenhältigen Partikel in das Wirbelschichtreduktionsaggregat mittels des Brenners keine oder eine nur geringe Agglomerierung der eisenhältigen Partikel zu Agglomeraten statt. Bei entsprechend geringen Korngrößen der eingebrachten eisenhältigen Partikel beziehungsweise der gebildeten Agglomerate werden diese sofort nach ihrem Einbringen in das Wirbelschichtreduktionsaggregat wieder aus diesem ausgetragen. Die Brennflecktemperatur zum Zweck der Agglomerierung wird derart eingestellt, dass einerseits der Austrag der eisenhältigen Partikel aus dem Wirbelschichtreduktionsaggregat minimal und andererseits die Aufrechterhaltung der Wirbelschicht im Wirbelschichtreduktionsaggregat gewährleistet ist.

In einer Variante wird die Brennflecktemperatur über die pro Zeiteinheit in das Wirbelschichtreduktionsaggregat mittels des Brenners eingebrachte Menge an feinteilchenförmigen Material beziehungsweise den darin enthaltenen eisenhältigen Par- tikeln eingestellt beziehungsweise geregelt.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das feinteilchenförmige Material vor Einbringen in die Wirbelschicht und/oder in den Freiraum über der Wirbelschicht in einer Speichervorrichtung gesammelt und gegebenenfalls nachfolgend einer der Speichervorrichtung zugeordneten Druckanpassungsvorrichtung zugeführt wird .

Die Druckanpassungsvorrichtung kann insbesondere als sogenanntes „lock hopper System" oder als „dispensing vessel" ausgebildet sein. Das Sammeln des feinteilchenförmigen Materials in der Speichervorrichtung hat den Vorteil, dass auch im Fall einer diskontinuierlichen Förderung des feinteilchen- förmigen Materials in die Speichervorrichtung ein kontinuierliches Einbringen des feinteilchenförmigen Materials in die Wirbelschicht und/oder in den Freiraum über der Wirbelschicht möglich ist. Das heißt, ein diskontinuierlicher Prozess wird dadurch in einen kontinuierlichen Prozess übergeführt.

Weiters wird durch die der Speichervorrichtung zugeordneten Druckanpassungsvorrichtung eine gesicherte Förderung des feinteilchenförmigen Materials in den Brenner auch bei

Schwankungen des Druckes der Gasatmosphäre im Reduktionsreaktor gewährleistet, da der Druck der das feinteilchenförmige Material umgebenden Gasatmosphäre dem Druck der Gasatmosphäre im Wirbelschichtreduktionsaggregat angepasst werden kann.

Die das feinteilchenförmige Material umgebende Gasatmosphäre kann beispielsweise ein Inertgas, insbesondere ein Stickstoff umfassendes Gas, oder ein reduzierendes Gas, insbesondere Wasserstoff- und kohlenmonoxidhältiges Gas, sein.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zumindest einem Reduktionsaggregat, wobei zumindest ein Brenner mit einer Materialzufuhrleitung zur Zufuhr von eisenhältige Partikel umfassendem feinteilchenförmigem Material in den Brenner vorhanden ist, das Reduktionsaggregat ein Wirbelschichtreduktionsaggregat ist, der Brenner in den Innenraum des Wirbelschichtreduktionsaggregates mündet, wobei der Brenner eine Einbringleitung zum Einbringen des feinteil- chenförmigen Materials in den Innenraum des Wirbelschichtreduktionsaggregates aufweist. Sind mehrere Wirbelschichtreduktionsaggregate vorhanden, so können auch mehrere Brenner zur Zufuhr des eisenhältige Partikel umfassenden Materials vorhanden sein. Die Brenner sind dabei so angeordnet, dass das feinteilchenförmige Material direkt in die Wirbelschicht und/oder in den Freiraum über der Wirbelschicht des Wirbelschichtreduktionsaggregates eingebracht werden kann. Beispielsweise sind pro Wirbelschichtreduktionsaggregat ein erster Brenner zum Einbringen des fein- teilchenförmigen Materials direkt in die Wirbelschicht und ein zweiter Brenner zum Einbringen des feinteilchenförmigen Materials direkt in den Freiraum über der Wirbelschicht des Wirbelschichtreduktionsaggregates vorhanden. Die Brenner können dabei an beliebigen Stellen am Mantel des Wirbelschicht- reduktionsaggregates angeordnet sein. Handelt es sich um einen Anlagenverbund, insbesondere um einen FINEX ^® - Anlagenverbund mit mehreren in Kaskade angeordneten Wirbelschichtreduktionsaggregaten, so können pro Wirbelschichtreduktionsaggregat ein oder mehrere Brenner zum Einbringen des feinteil- chenförmigen Materials in das jeweilige Wirbelschichtreduktionsaggregat vorhanden sein, es ist aber auch möglich, dass nur bei einigen Wirbelschichtreduktionsaggregaten ein Brenner vorhanden ist. Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner eine Gaszufuhrleitung zur Zufuhr von sauerstoffhältigem Gas und/oder eine Brennstoffzufuhrleitung zur Zufuhr von gasförmigen und/oder flüssigen und/oder festen Brennstoffen in den Brenner um- fasst.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass dem zumindest einen Wirbelschichtreduktionsaggregat eine Trockenentstaubungsvorrichtung zur Entstaubung von Gas, insbesondere Offgas aus dem zumindest einen Wirbelschichtreduktionsaggregat, zugeordnet ist.

Das staubbeladene Offgas aus dem zumindest einen Wirbelschichtreduktionsaggregat wird aus diesem abgezogen und mit- tels einer Trockenentstaubungsvorrichtung, beispielsweise mittels Heißgasfiltern, oder in dem Fall, in dem das Offgas nach dem Abziehen aus dem Wirbelschichtreduktionsaggregat eine Vorrichtung zum Wärmetausch durchströmt, in abgekühltem Zustand mittels normaler Entstaubungsfilter, von dem im Offgas enthaltenen Staub befreit.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Materialzufuhrleitung zur Zufuhr des eisenhältige Partikel umfassenden feinteilchenförmigen Materials von zumindest einer Speichervorrichtung zur Speicherung des feinteilchenförmigen Materials ausgeht.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine in den Brenner und/oder in die Gaszufuhrleitung und/oder in die Brennstoffzufuhrleitung mündende Feststoffzufuhrleitung zur Zufuhr von Feststoff in den Brenner und/oder zur Zufuhr des Feststoffs in die Gaszufuhrleitung und/oder zur Zufuhr des Feststoffs in die Brennstoffzufuhrleitung vorhanden.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Speichervorrichtung eine Druckanpassungsvorrichtung zur Einstellung des Druckes der das feinteilchenförmige Material umgebenden Gasatmosphäre zugeordnet ist.

Eine geeignete Druckanpassungsvorrichtung ist beispielsweise ein „lock hopper System" oder ein „dispensing vessel". Der Druck der das feinteilchenförmige Material umgebende Gasatmo- Sphäre wird vor der Zuführung des feinteilchenförmigen Materials in den Brenner beziehungsweise vor dem Einbringen des feinteilchenförmigen Materials in das Wirbelschichtreduktionsaggregat beispielsweise auf einen im Vergleich zum Druck im Wirbelschichtreduktionsaggregat höheren Druck gebracht, wodurch eine Förderung des feinteilchenförmigen Material in das Wirbelschichtreduktionsaggregat ermöglicht wird.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass eine pneumatische Fördereinrich- tung zur pneumatischen Förderung des feinteilchenförmigen Materials in den Brenner vorhanden ist.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich- tung zeichnet sich dadurch aus, dass dem Brenner das

sauerstoffhältige Gas mittels der Materialzufuhrleitung zuführbar ist.

Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden das feinteilchenförmige Material und das

sauerstoffhältige Gas mittels der Materialzufuhrleitung in den Brenner und mittels der Einbringleitung in den Innenraum des Wirbelschichtreduktionsaggregates eingebracht. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten mittels eines Schmelzreduktionsprozesses in einer Schmelzreduktionsanlage, wobei feinteilchenförmiges Material erfindungsgemäß in ein Wirbelschichtreduktionsaggregat eingebracht wird und das feinteilchenförmige Material, gegebenenfalls unter Zugabe von Zusatzstoffen und feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Einsatzstoffen, in dem Wirbelschichtreduktionsaggregat mittels eines Reduktionsgases zumindest teilweise zu den Eisenvorpro- dukten reduziert wird, und die Eisenvorprodukte in einem Schmelzreduktionsaggregat, unter Zugabe eines

sauerstoffhältigen Gases und kohlenstoffhältiger Energieträger, unter Bildung des Reduktionsgases zu flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten aufgeschmolzen werden.

Eisenvorprodukte sind im Wirbelschichtreduktionsaggregat hergestellte Produkte, die in einem Aggregat, beispielsweise in einem Schmelzreduktionsaggregat, welches mit dem Wirbelschichtreduktionsaggregat einen Anlagenverbund bildet, zu flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten aufgeschmolzen werden. Die Eisenvorprodukte sind beispielsweise Eisenschwamm und/oder DRI (direct reduced iron) und werden gegebenenfalls vor dem Einsatz im Schmelzreduktionsaggregat zu Briketts, hot compacted iron (HCl) oder zu kalt oder heiß brikettiertem Eisen (CBI,HBI) kompaktiert. Die in das

Schmelzreduktionsaggregat eingebrachten kohlenstoffhältigen Energieträger sind beispielsweise Kohlebriketts und/oder Stückkohlen und/oder Koks und/oder kohlenwasserstoffhältige feste, flüssige oder gasförmige Stoffe und/oder Feinkohle und/oder Plastik und/oder Schweröl und/oder Erdgas.

Ein Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Eisenprodukten mittels eines Direktreduktionsprozesses in einer Direktreduk- tionsanlage, wobei feinteilchenförmiges Material erfindungsgemäß in ein Reduktionsaggregat eingebracht wird und das feinteilchenförmige Material, gegebenenfalls unter Zugabe von Zusatzstoffen und feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Ein- satzstoffen, in dem Reduktionsaggregat mittels eines Reduktionsgases zumindest teilweise zu den Eisenprodukten reduziert wird .

Gegebenenfalls werden die Eisenprodukte nach ihrer Herstel- lung im Reduktionsaggregat noch einer Stückigmachung unterzogen. Die Stückigmachung erfolgt beispielsweise in Form einer Kalt- oder Heißbrikettierung der Eisenprodukte zu kalt oder heiß brikettiertem Eisen (CBI,HBI) oder in Form einer

Heißkompaktierung zu hot compacted iron (HCl) .

Eisenprodukte sind Produkte, die beispielsweise zur Weiter- Verarbeitung verkauft werden - jedoch auch in einem ange- schlossenen Stahlwerk, beispielsweise mittels eines Elektro- lichtbogenofens , zu Stahl weiterverarbeitet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand der beigefügten Figuren erläutert.

FIG 1 zeigt beispielhaft und schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren und eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Wirbelschichtreduktionsaggregat . FIG 2 zeigt beispielhaft und schematisch eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mehreren Wirbelschichtreduktionsaggregaten .

FIG 3 zeigt beispielhaft und schematisch, ergänzend zu den FIG 1 und FIG 2, einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem FINEX ^® - Anlagenverbund, umfassend eine Darstellung von unterschied- liehen Herkunftsquellen des gasförmigen Brennstoffes, des Fördergases und des feinteilchenförmigen Materials.

Beschreibung der Ausführungsformen FIG 1 zeigt beispielhaft und schematisch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung, bei dem eisenhältige Partikel umfassendes feinteilchenförmiges Material (4) mittels eines Brenners (2) in die Wirbelschicht (24) eines Wirbelschichtreduktionsaggregates (1) eingebracht wird. Die Temperatur in der Wirbelschicht (24) beträgt mehr als 300°C, bevorzugt mehr als 400°C, besonders bevorzugt mehr als 500°C und weniger als 900°C, bevorzugt weniger 850°C, besonders bevorzugt weniger als 800°C. Das feinteilchenförmige Material (4) wird über eine Materialzufuhrleitung (3) zum Bren- ner (2) befördert, wo es mittels einer im Brenner (2) angeordneten Einbringleitung (6) in den Innenraum (5) des Wirbelschichtreduktionsaggregates (1) eingebracht wird. Das fein- teilchenförmige Material (4) wird während des Einbringens zu Agglomeraten agglomeriert. Die Agglomerate werden anschlie- ßend so lange in der Wirbelschicht (24) des Wirbelschichtreduktionsaggregats (1) gehalten, bis sie wieder aus dem Wirbelschichtreduktionsaggregat (1) ausgebracht werden. Zusätzlich werden über die Transportleitungen (40) feinteilchenförmige eisenoxidhältige Einsatzstoffe (41) sowie Zusatzstoffe (19) in den Innenraum (5) des Wirbelschichtreduktionsaggregates (1) chargiert. Mittels eines über eine Reduktionsgasleitung (37) eingebrachten Reduktionsgases (20) in den Innenraum (5) des Wirbelschichtreduktionsaggregates (1), beziehungsweise in die Wirbelschicht (24) des Wirbelschichtreduktionsag- gregates (1), erfolgt die Reduktion der im feinteilchenförmigen Material (4) enthaltenen eisenhältigen Partikel und der feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Einsatzstoffe (41) zu Eisenvorprodukten (21) und/oder Eisenprodukten (60), welche über eine Austragleitung (36) aus dem Wirbelschichtreduktionsaggregat (1) ausgebracht werden. Die Agglomerate werden durch das von unten nach oben durch das Wirbelschichtreduktionsaggregat (1) strömende Reduktionsgas (20) in einem Schwebezustand gehalten. Die Größe der sich bildenden Agglomerate ist Abhängig von der Temperatur der Flamme. Die Temperatur der Flamme, beziehungsweise die Brennflecktemperatur, das ist die Temperatur in unmittelbarer Umgebung der Flamme, wird demnach derart eingestellt, dass die Agglomerate durch das Reduktionsgas (20) weder aus dem Wirbelschichtreduktionsag- gregat (1) ausgetragen werden, noch nach unten auf den Boden des Wirbelschichtreduktionsaggregates (1) sinken. Vielmehr führen die Agglomerate in der Wirbelschicht (24) beziehungsweise im Freiraum (25) über der Wirbelschicht (24) eine durch den Reduktionsgasstrom hervorgerufene zufällige Bewegung aus - sie befinden sich in einem Schwebezustand innerhalb der Wirbelschicht (24) . Die eisenhältigen Partikel umfassen beispielsweise Magnetitpartikel, Staub aus einer Entstaubungs- vorrichtung, insbesondere aus einer Trockenentstaubungsvor- richtung (11), Staub aus einer in FIG 3 dargestellten Kompaktiervorrichtung (29) zugeordneten und in FIG 3 dargestellten Trockenentstaubungsvorrichtung (48), insbesondere aus einer Heißkompaktiervorrichtung (hot compacted iron plant) , Staub aus einer Brikettiervorrichtung oder Staub aus einer Heißbrikettiervorrichtung oder Hüttenwerkstäube, insbe- sondere Stäube aus einer Gießhallenentstaubung oder Staub aus einer in FIG 3 dargestellten Trockenentstaubungsvorrichtung (49) zur Entstaubung eines Reduktionsgases (20), welches aus einem in FIG 3 dargestellten Schmelzreduktionsaggregat (22) abgezogen wird.. Das bei der Reduktion der im feinteilchen- förmigen Material (4) enthaltenen eisenhältigen Partikel und der feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Einsatzstoffe (41) verbrauchte Reduktionsgas (20) wird als staubbeladenes Offgas (12) aus dem Wirbelschichtreduktionsaggregat (1) abgezogen und einem Wärmetausch in der Wärmetauschvorrichtung (26) un- terzogen, wobei das Offgas (12) abgekühlt wird. Das staubbe- ladene und abgekühlte Offgas (12) wird anschließend in der Trockenentstaubungsvorrichtung (11) entstaubt, wobei das mit dem Offgas (12) mitbeförderte feinteilchenförmige Material (4) abgeschieden wird. Das abgeschiedene feinteilchenförmige Material (4) wird in einer Speichervorrichtung (13) zwischengespeichert. In die Speichervorrichtung (13) mündet eine Staubzufuhrleitung (38) zur Zufuhr des feinteilchenförmigen Materials (4), welches beispielsweise aus einer oder mehreren der oben genannten Quellen stammt oder aus in FIG 3 dargestellten Wäschern (45, 46, 47) abgeschieden, und, falls erforderlich nach einer Trocknung, als feinteilchenförmiges Material (4) über die Staubzufuhrleitung (38) der Speichervorrichtung (13) zugeführt wird. Gegebenenfalls werden dem fein- teilchenförmigen Material (4) mittels einer Zufuhrleitung (39) kohlenstoffhältige Stoffe (28) zugemischt. Die Zumischung der kohlenstoffhältigen Stoffe (28) kann vor, in oder nach der Speichervorrichtung (13) erfolgen. Der Speichervorrichtung (13) ist eine Druckanpassungsvorrichtung (14) zur Einstellung des Druckes der das feinteilchenförmige Material (4) umgebenden Gasatmosphäre (15) zugeordnet. Ist beispielsweise der Druck im Wirbelschichtreduktionsaggregat (1) höher als der Druck der das feinteilchenförmige Material ( 4 ) umgebenden Gasatmosphäre (15), so wird mittels der Druck- anpassungsvorrichtung (14) der Druck der Gasatmosphäre (15) in der Druckanpassungsvorrichtung (14) auf einen den Druck im Wirbelschichtreduktionsaggregat (1) übersteigenden Wert angehoben, bevor das feinteilchenförmige Material (4) pneumatisch mittels der pneumatischen Fördereinrichtung (16) von der Druckanpassungsvorrichtung (14) über die Materialzufuhrleitung (3) zum Brenner (2) gefördert wird. Das feinteilchenförmige Material wird von einem aus der pneumatischen Fördereinrichtung (16) stammenden Fördergas (27) mitbefördert beziehungsweise mitgeblasen oder mitgesogen. Der Brenner (2) ist mit der Materialzufuhrleitung (3) verbunden, welche in die Einbringleitung (6) zum Einbringen des feinteilchenförmigen Materials (4) in den Innenraum (5) des Wirbelschichtreduktionsaggregates (1) mündet. Zusätzlich verfügt der Brenner (2) über eine Gaszufuhrleitung (7) zur Zufuhr eines sauerstoffhältigen Gases (8), vorzugsweise Luft, technischer Sauerstoff, Stickstoff oder Dampf, und über eine Brennstoffzufuhrleitung (9) zur Zufuhr von gasförmigen und/oder flüssigen und/oder festen Brennstoffen (10) in den Brenner (2) . Der Brenner (2) verfügt auch über eine Feststoffzufuhrleitung (52) zur Zufuhr von Feststoff (51), insbesondere zur Zufuhr von festen Eisenträgern in den Brenner (2) . Die Feststoffzufuhrleitung (52) mündet zusätzlich in die Gaszufuhrleitung (7) und in die Brennstoffzufuhrleitung (9) . Der Brenner (2) ist derart konzipiert, dass in - beziehungsweise an - der in den Innenraum (5) des Wirbelschichtreduktionsaggregates (1) mündenden Brennerspitze des Brenners (2) das sauerstoffhältige Gas (8) , der Brennstoff (10) , das über die Einbringleitung (6) in den Brenner (2) eingebrachte feinteil- chenförmige Material (4) und der Feststoff (51) mischbar sind. Nach Zündung dieses Gemisches wird eine aus der Brennermündung ragende Flamme gebildet, durch welche das fein- teilchenförmige Material (4) in den Innenraum (5) des Wirbelschichtreduktionsaggregates eingebracht wird.

Handelt es sich bei dem Brennstoff (10) um festen Brennstoff (10), beispielsweise feinteilchenförmiges kohlenstoffhältiges Material, so wird der feste Brennstoff (10) mittels des Fördergases (59) in den Brenner (2) transportiert. Bei Verwen- dung eines gasförmigen Brennstoffes (10) kann der Brennstoff (10) direkt als Fördergas (27) für die pneumatische Förderung des feinteilchenförmigen Materials (4) in den Brenner (2) genutzt werden. Dabei wird der gasförmige Brennstoff (10) direkt der pneumatischen Fördereinrichtung (16) zugeführt. Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung wird zumindest eine Teilmenge des sauerstoffhältigen Gases (8) als Fördergas (27) verwendet, wobei eine Teilmenge des sauerstoffhältigen Gases (8) der pneumatischen Fördereinrichtung (16) zugeführt wird. Als Brennstoff (10) oder Fördergas (27) kommen bei- spielsweise Offgas (12) , Produktgas (30) , Tailgas (31) ,

Kühlgas (32), Exportgas (33), Topgas (34) oder Ventgas (50) in Frage. Diese Gase werden dem Brenner mittels der Brennstoffzufuhrleitung (9) zugeführt. Diese Gase können auch der pneumatischen Fördereinrichtung (16) zugeführt werden. In FIG 2 ist beispielhaft und schematisch eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mehreren Wirbelschichtreduktionsaggregaten dargestellt.

Diese Ausführungsform umfasst 4 Wirbelschichtreduktionsaggregate (1,53,54,55) mit jeweils einer Wirbelschicht (25), wobei das Reduktionsgas (20) zunächst über die Reduktionsgasleitung (37) in das Wirbelschichtreduktionsaggregat (53) eingeleitet wird. Nach Reduktion der über die Transportleitung (40) in das Wirbelschichtreduktionsaggregat (53) eingebrachten fein- teilchenförmigen eisenoxidhältigen Einsatzstoffe (41) und des sich im Wirbelschichtreduktionsaggregat (53) befindenden eisenhältige Partikel umfassenden feinteilchenförmigen Mate- rials (4) zu Eisenvorprodukten (21) und/oder Eisenprodukten (60) werden die Eisenvorprodukte (21) und/oder Eisenprodukte (60) mittels der Austragleitung (36) aus dem Wirbelschichtreduktionsaggregat (53) ausgebracht und gegebenenfalls weiteren Bearbeitungsstufen zugeführt. Anschließend wird das bei der Reduktion im Wirbelschichtreduktionsaggregat (53) teilweise verbrauchte Reduktionsgas (20) aus diesem abgezogen und in das Wirbelschichtreduktionsaggregat (1) eingebracht. In dieses Wirbelschichtreduktionsaggregat (1) wird das über die Brenner (2, 58) in die Wirbelschicht (24) beziehungsweise in den Freiraum (25) über der Wirbelschicht (24) eingebrachte feinteilchenförmige Material (4) und die feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Einsatzstoffe (41) mittels des aus dem Wirbelschichtreduktionsaggregat (53) abgezogenen, teilweise verbrauchten Reduktionsgases (20) reduziert, wobei wiederum ein Teil des Reduktionsgases (20) verbraucht und aus dem Wirbelschichtreduktionsaggregat (1) abgezogen wird. Nach Einbringen des Reduktionsgases (20) in die Wirbelschichtreduktionsaggregate (54) und (55), in denen das mittels der diesen zugeordneten Brenner (56) und (57) eingebrachte feinteilchenförmige Material (4) und die über die Transportleitung (40) eingebrachten feinteilchenförmigen eisenoxidhältign Einsatzstoffe (41) reduziert werden, wird das Reduktionsgas (20) als Offgas (12) aus dem Wirbelschichtreduktionsaggregat (55) abgezogen. Die Richtung des Materialflusses der feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Einsatzstoffe (41) und des Reduktionsgases (20) ist bei dem in FIG 3 dargestellten Verfahren, dem FINEX ^® - Verfahren, entgegengesetzt. Während das Reduktiongas (20) ausgehend vom Wirbelschichtreduktionsaggregat (53) nacheinan- der die Wirbelschichtreduktionsaggregate (1), (54) und (55) durchströmt, werden die reduzierten feinteilchenförmigen eisenoxidhältigen Einsatzstoffe (41) und die reduzierten eisenhältigen Partikel, welche im feinteilchenförmigen Material enthalten sind, mittels der Transportleitung (40) in die entgegengesetzte Richtung transportiert um letztendlich als

Eisenvorprodukte (21) und/oder Eisenvorprodukte (60) über die Austragleitung (36) aus dem Wirbelschichtreduktionsaggregat (53) ausgetragen zu werden. Die hier nicht beschriebenen und in FIG 2 dargestellten Merkmale entsprechen den in Zusammen- hang mit FIG 1 beschriebenen Merkmalen.

In FIG 3 sind beispielhaft und schematisch, in Ergänzung zu den FIG 1 und FIG 2, unterschiedliche Herkunftsquellen des gasförmigen Brennstoffes (10), des Fördergases (27) und des feinteilchenförmigen Materials (4) dargestellt.

Die über die Austragleitung (36) aus dem in FIG 2 dargestellten Wirbelschichtreduktionsaggregat (53) als DRI ausgetragenen Eisenvorprodukte (21) werden vor dem Einsatz in einem Schmelzreduktionsaggregat (22) mittels einer

Kompaktiervorrichtung (29) zu HCl (43) - hot compacted iron - oder zu Briketts (44) umgeformt, welche über die

Chargiervorrichtung (42) in das Schmelzreduktionsaggregat (22) chargiert werden. Dort wird das HCl (43) beziehungsweise werden die Briketts (44) unter Zugabe eines

sauerstoffhältigen Gases (8) und kohlenstoffhältiger Energieträger (23) , beispielsweise Stückkohle, unter Bildung des Reduktionsgases (20) zu flüssigem Roheisen (17) oder flüssigen Stahlvorprodukten (18) aufgeschmolzen und aus dem Schmelzre- duktionsaggregat (22) ausgetragen. Das aus dem Schmelzreduktionsaggregat (22) abgezogene, staubbeladene Reduktionsgas (20) wird in der Trockenentstaubungsvorrichtung (49) entstaubt und eine erste Teilmenge des entstaubten Reduktionsgases (20) wird in die Chargiervorrichtung (42) eingebracht, um eine Rückoxidation der in die Chargiervorrichtung (42) eingebrachten Eisenvorprodukte (21) zu vermeiden. Die in die Chargiervorrichtung (42) eingebrachte erste Teilmenge des entstaubten Reduktionsgases (20) wird aus dieser als Topgas (34) abgezogen und gegebenenfalls nach einer Nassreinigung im Wäscher (47) einer C0 ₂ ~Entfernungseinrichtung (35) zugeführt. Eine zweite Teilmenge des entstaubten Reduktionsgases (20) wird einer Nassreinigung im Wäscher (46) unter Erhalt des Kühlgases (32) unterzogen, bevor es dem aus dem Schmelzreduk- tionsaggregat (22) abgezogenen Reduktionsgas (20) vor dessen Entstaubung in der Trockenentstaubungsvorrichtung (49) zugemischt wird. Eine dritte Teilmenge des entstaubten Reduktionsgases (20) wird in zumindest eines der in FIG 2 dargestellten Wirbelschichtreduktionsaggregate (53,1,54,55) rück- geführt, während eine vierte Teilmenge des entstaubten Reduktionsgases (20) einer Nassreinigung im Wäscher (45) unterzogen wird.

Eine erste Teilmenge des Offgases (12), welches aus dem in FIG 2 dargestellten Wirbelschichtreduktionsaggregat (55) abgezogen wird, wird nach dessen Reinigung in der Trockenentstaubungsvorrichtung (11) einer CO ₂ - Entfernung in der CO ₂ - Entfernungsvorrichtung (35) unter Bildung eines CO ₂ - armen Produktgases (30) und eines CO ₂ - reichen Tailgases (31) un- terzogen. Die zweite Teilmenge des aus dem Wirbelschichtreduktionsaggregat (55) abgezogenen Offgases (12) verlässt ohne vorherige CO ₂ - Entfernung als Exportgas (33) den FINEX ^® - Anlagenverbund. Das Produktgas (30) wird dem aus dem Schmelzreduktionsaggregat (22) abgezogenen, staubbeladenen Reduktions- gas (20) vor dessen Entstaubung in der Trockenentstaubungsvorrichtung (49) zugemischt. Beispielsweise werden das Produktgas (30) , das Tailgas (31) , das Kühlgas (32) , das Exportgas (33), das Topgas (34), und das Offgas (12) zumindest zum Teil sowohl als gasförmiger Brennstoff (10) als auch als För- dergas (27) eingesetzt. Das bei der Entstaubung des Ventgases (50) in der Trockenentstaubungsvorrichtung (48) beziehungsweise das bei der Entstaubung des aus dem Schmelzreduktionsaggregat (22) abgezogenen Reduktionsgases (20) in der Trockenentstaubungsvorrichtung (49) abgeschiedene feinteilchen- förmige Material (4) wird beispielsweise mittels der Staubzufuhrleitung (38) der Speichervorrichtung (13) zugeführt. Gegebenenfalls werden die in den Wäschern (45), (46) und (47) abgeschiedenen Schlämme, falls erforderlich nach deren Trock- nung, als feinteilchenförmiges Material (4) ebenfalls über die Staubzufuhrleitung (38) der Speichervorrichtung (13) zugeführt .

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausfüh- rungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Liste der Bezugszeichen

I WirbelSchichtreduktionsaggregat 2 Brenner

3 Materialzufuhrleitung

4 feinteilchenförmiges Material

5 Innenraum

6 Einbringleitung

7 Gaszufuhrleitung

8 sauerstoffhaltiges Gas

9 Brennstoffzufuhrleitung

10 Brennstoff

II Trockenentstaubungs orrichtung 12 Offgas

13 Speichervorrichtung

14 Druckanpassungsvorrichtung

15 Gasatmosphäre

16 pneumatische Fördereinrichtung 17 flüssiges Roheisen

18 flüssige Stahlvorprodukte

19 Zusatzstoffe

20 Reduktionsgas

21 Eisenvorprodukte

22 Schmelzreduktionsaggregat

23 kohlenstoffhältige Energieträger

24 Wirbelschicht

25 Freiraum

26 Wärmetauschvorrichtung

27 Fördergas

28 kohlenstoffhältige Stoffe

29 Kompaktiervorrichtung

30 Produktgas

31 Tailgas

32 Kühlgas

33 Exportgas

34 Topgas

35 CC>2-Entfernungsvorrichtung

36 Austragleitung 37 Reduktionsgasleitung

38 Staubzufuhrleitung

39 Zufuhrleitung

40 Transportleitung

41 feinteilchenförmige eisenoxidhältige

Einsatzstoffe

42 Chargiervorrichtung

43 HCl (hot compacted iron)

44 Briketts

45 Wäscher

46 Wäscher

47 Wäscher

48 Trockenentstaubungsvorrichtung

49 Trockenentstaubungsvorrichtung 50 Ventgas

51 Feststoff

52 Feststoffzufuhrleitung

53 WirbelSchichtreduktionsaggregat

54 WirbelSchichtreduktionsaggregat 55 Wirbelschichtreduktionsaggregat

56 Brenner

57 Brenner

58 Brenner

59 Fördergas

60 Eisenprodukte