Die Herstellung von direkt reduziertem Eisen geschieht in einem Direktredukti- onsverfahren durch Reduktion von Eisenoxid mit festen oder gasförmigen Reduktionsmitteln. Als festes Reduktionsmittel dient dabei zum Beispiel ein Kohlenstoffträger, der bei höheren Temperaturen mit Kohlendioxid reagiert und das Reduktionsgas CO bildet.

Ein souches Verfahren kann zum Beispiel in einem Drehherdofen durchgeführt werden, d. h. in einem Ofen mit einem drehbaren ringförmigen Ofenboden, der auf der Oberseite mit feuerfestem Material ausgekleidet ist und der von einer Einhausung umgeben ist. An der Oberseite der Einhausung sind Brenner angebracht, die die Einhausung durchdringen und das Innerve der Einhausung auf die erforderliche Reaktionstemperatur von uber 1000°C aufheizen.

Das Eisenoxid wird zusammen mit dem Reduktionsmittel an einer bestimmten Stelle auf den Drehherd aufgebracht und gelangt durch die Rotation des Drehherds in das Innerve der Einhausung, wo es aufgrund der hohen Tempe- raturen mit dem Reduktionsmittel reagiert, um nach ca. einer Umdrehung des Drehherds als direkt reduziertes Eisen vorzuliegen. Bei diesem Verfahren musse das Eisenoxyd und das Reduktionsmittel, nach dem Chargieren auf die feuerfeste Auskleidung des Drehherdes, zunachst auf die erforderliche Reakti- onstemperatur erwarmt werden, bevor die eigentliche Reduktionsreaktion beginnen kann. Dies geschieht in dem, in Drehrichtung an die Chargierzone des Drehofens angrenzenden Bereich, durch Wärmeübergang von den heu zen Abgasen der Brenner auf die chargierten Materialien.

Aufgrund der geringen thermischen Leitfahigkeit der chargierten Materialien nimmt die Aufwarmphase bis zum Erreichen der erforderlichen Reaktionstem- peratur innerhalb der chargierten Materialschichten eine beträchtliche Zeit in

Anspruch. Je langer die Aufwärmphase, desto geringer ist die Produktivität des Drehherdofens, da die Erwarmungsgeschwindigkeit die Drehgeschwindigkeit des Drehherds bestimmt.

Der Reduktionsprozeß hängt von der Konzentration der Reduktionsgase, die im Kontakt mit dem Erz sind, ab. Die Gaszusammensetzung in den einzelnen Ofenzonen kann jedoch kaum beeinflußt werden, weil der gesamte Ofen nur aus einem Prozefiraum besteht. In den herkömmlichen Verfahren können somit die Diffusion vom CO aus dem Reduktionsmittel zum Erz und C02 vom Erz zum Reduktionsmittel nicht beeinflußt werden.

Ab einem gewissen Metallisierungsgrad nimmt die Geschwindigkeit des Reduktionsprozesses derart ab, daß üblicherweise der Prozeß bei Erreichen von einem Metallisierungsgrad von 85-95% abgebrochen wird. Um die restli- chen Oxide zu reduzieren, wäre eine unwirtschaftliche Verlangerung der Prozeßzeit erforderlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es folglich, ein alternatives Verfahren zum Herstellen von direkt reduziertem Eisen vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaf3 gelost durch ein Verfahren zum Herstel- len von direkt reduziertem Eisen in einem Etagenofen, welcher mehrere übereinanderliegende Etagen aufweist, wobei Erz kontinuierlich in den Eta- genofen eingebracht wird und auf die oberste Etage aufgetragen wird und nach und nach auf die unteren Etagen transferiert wird, wobei Reduktionsmittel auf die oberste und/oder auf eine der darunterliegenden Etagen aufgetragen wird und mit dem Erz reagiert, um direkt reduziertes Eisen zu bilden, wobei das direkt reduzierte Eisen zusammen mit Rückständen von Reduktionsmitteln im Bereich der untersten Etage des Etagenofens ausgetragen wird.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Prozeßraum in verschiedene Zonen unterteilt ist, daß die Feststoffe sich kontinuierlich von oben nach unten und die Gase sich von unten nach oben bewegen. Durch die Unterteilung des Prozeßraums in verschiedene Zonen kann man die Prozef3- bedingungen in den verschiedenen Zonen oder sogar pro Etage messen und gezielt beeinflussen.

Als Reduktionsmittel kommen feste, flüssige oder gasförmige Reduktionsmittel in Frage.

In diesem Verfahren kann feinkörniges Erz aufgegeben werden und durch eine gezielte Prozeßführung und durch dauerndes Umwalzen ein Zusammenbacken vermieden werden. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn aschebildende Reduktionsmittel eingesetzt werden. Das Trennen der Asche der Reduktions- mittel vom Eisen ist leicht durchführbar. Diese Abtrennung kann z. B. im heißen Zustand tuber Klassierung erfolgen. Nach einer teilweisen Abkühlung unter 700°C ist es andererseits möglich, das direkt reduzierte Eisen tuber Magne- tabscheider von der Asche und überschüssigem Reduktionsmittel zu trennen.

Dieses Verfahren kann deshalb eingesetzt werden, weil durch das dauernde Umrühren im Etagenofen ein Zusammenbacken des Eisens verhindert wird.

Das direkt reduzierte Eisen fallut demnach feinkörnig an und wird leicht von den Magnetabscheidern aufgenommen. Die Qualität des so gewonnenen direkt reduzierten Eisens ist unabhängig von der Menge der Rückstände des Reduk- tionsmittels.

Das gewonnene Eisen kann anschließend zu Pellets oder Briketts verarbeitet werden oder direkt in einen Einschmelzofen (Elektroofen usw.) eingebracht und weiterverarbeitet werden.

Die anfallenden Rückstände, nach dem das Eisen abgetrennt wurde, werden, falls gewünscht, mit den eventuell darin enthaltenen unverbrauchten Redukti- onsmitteln in Brennern verbrannt und die dadurch entstandene Wärme dem Ofen zugeführt.

Man kann demnach ein preiswerteres Reduktionsmittel, das einen relativ hohen Aschegehalt aufweist, benutzen und/oder mit einem relativ hohen Überschuß an Reduktionsmitteln arbeiten.

Im Fall in dem mit einem Überschuß an Reduktionsmitteln gearbeitet wird, ist es vorteilhaft, die Rückstände aufzubereiten, um die unverbrauchten Redukti- onsmittel abzutrennen und wieder zu verwenden. Dies kann z. B. durch Sieben der Rückstände erfolgen, wenn die unverbrauchten Reduktionsmittel in ausrei-

chend grober Form vorliegen. Die unverbrauchten Reduktionsmittel können direkt in den Etagenofen eingebracht werden.

Das Chargieren von Reduktionsmitteln kann aber auch in mehrere Stufen aufgeteilt werden.

So besteht die Möglichkeit, daß grobkörnige Reduktionsmittel (1-3 mm) weiter oben in den Etagenofen eingebracht werden und feinkörnige Reduktionsmittel (< 1 mm) weiter unten zugegeben werden. Dadurch wird ein Austragen von Staub mit den Abgasen weitgehend vermieden und der Ablauf der Reaktion durch die weiter unten eingebrachten feinen Reduktionsmittelpartikel beschleu- nigt.

Durch das Chargieren von gröberen Partikeln wird der Verbrauch an Redukti- onsmitteln verringert, denn in den oberen Etagen werden die kleinen Partiel schneller tuber Abgase verbraucht als es fOr die Reduktion des Eisenerzes nötig ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird das Erz durch die heißen Abgase des Etagenofens getrocknet und eventuell vorgewarmt, bevor es in den Etagenofen eingebracht wird und mit dem Reduktionsmittel in Kontakt kommt.

Das Erz wird dabei auf eine Temperatur von mindestens 200°C, vorzugsweise auf mindestens 350°C, erhitzt. Hierbei soliste die Aufheiz-und Trockenzeit nicht mehr als 10 bis 20 Minuten dauern, um ein Verkleben des Erzes in reduzieren- der Atmosphäre zu vermeiden.

Das Erz kann aber auch mit-mindestens einem Teil der benötigten-Redukti- onsmitteln vermischt werden, bevor es in den Etagenofen eingebracht wird.

Durch gezieltes Zugeben von Reduktionsmitteln in den unteren Etagen des Ofens können die Reduktionsgase im Ofen auf eine optimale Konzentration eingestellt werden und somit kann ein besserer Metallisierungsgrad erreicht werden.

Alle aufsteigenden Gase, inklusive der flüchtigen Bestandteile der Reduktions- mittel, können im oberen Teil des Ofens bzw. außerhalb des Etagenofens, in der Trocknungsanlage fOr das Erz und gegebenenfalls fOr die Reduktionsmittel,

komplett verbrannt werden und die Restwärme der Abgase des Ofens kann hierdurch optimal genutzt werden.

Das Erz wird kontinuierlich von Rechen, die auf jeder Etage des Ofens ange- bracht sind, umgewälzt und nach und nach auf die darunterliegende Etage befördert. Das Reduktionsmittel wird durch die Rechen schnell unter das Erz gemischt und schnell auf Reaktionstemperatur aufgeheizt. Durch das dauernde Umwälzen wird ein Zusammenbacken der Reduktionsmittel und des Erzes verhindert. Die Umwalzgeschwindigkeit hangt von vielen Faktoren wie z. B. der Geometrie der Rechen, der Dicke der Schichten usw. ab. Das Erz, das eventu- ell vorhandene Reduktionsmittel und das direkt reduzierte Eisen auf den Etagen sollten mindestens einmal pro ein bis drei Minuten umgewälzt werden, wodurch eine Agglomeration weitgehend verhindert wird.

Es besteht die Möglichkeit, sauerstoffhaltige Gase gezielt auf der Etage einzublasen, wo der Warmebedarf durch Verbrennen der überschüssigen Proze Bgase abgedeckt werden mués.

Dabei ist es vorteilhaft, sauerstoffhaltige Gase zu verwenden, die eine Tempe- ratur von mindestens 350°C haben.

Auf den untersten Etagen des Etagenofens kann zusatzlich ein gasförmiges Reduktionsmittel eingeblasen werden. Hierdurch wird eine vollständigere Reduzierung des Erzes erreicht.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung werden eine oder mehrere Etagen im Ofen, die unterhalb der Etage liegen, auf die die Reduktionsmittel eingebracht werden, mittels Brenner aufgeheizt.

Um die Konzentration an Reduktionsgasen im unteren Teil des Ofens nicht durch Rauchgase der Beheizung zu vermindern, kann hier auch indirekt d. h. durch eine Strahlungsbeheizung Energie zugeführt werden.

Gemaf3 einer anderen bevorzugten Ausführung werden an einer oder mehreren Etagen Gase aus dem Etagenofen abgesaugt. Diese heißen Gase können anschließend entweder durch einen CO2-Wäscher geleitet werden, um die Gasmenge zu verringern und das Reduktionspotential des Gases zu erhöhen

oder aber durch einen zusatzlichen Reaktor geleitet werden, in dem sich Kohlenstoff befindet, so daß das in den heißen Gasen enthaltene Kohlendioxyd mit dem Kohlenstoff reagiert um Kohlenmonoxid zu bilden gemäß dem Boudoirschen Gleichgewicht und dadurch das Reduktionspotential des Gases erhöht wird. Die an Kohlenmonoxid angereicherten Gase werden anschließend zurück in den Etagenofen geleitet.

Additive werden, falls nötig, auf eine der Etagen eingebracht, die unterhalb der Etage liegt, wo die Reduktionsmittel eingeführt werden.

In einem solchen Fall ist es vorteilhaft, auf einer Etage, die oberhalb der Etage liegt, auf der die Additive eingebracht werden, Gase abzusaugen.

Unterhalb einer bestimmten Etage werden, gemäß einer bevorzugten Ausfüh- rung, Gase aus dem Etagenofen abgesaugt und anschließend oberhalb dieser Etage wieder in den Ofen eingeblasen. Auf dieser Etage kann schwermetallhaltiger Eisenoxidstaub oder schwermetallhaltiger Eisenoxid- schlamm in den Ofen eingebracht werden, die Schwermetalloxide werden dort reduziert, die Schwermetalle verflüchtigen sich und die Gase, die auf dieser Etage entstehen, werden dann separat abgesaugt.

Zu einer weiteren Erhöhung der Produktivität kann der Etagenofen unter einem bestimmten Überdruck gefahren werden. Dies ist im Gegensatz zu einem Drehofen, der tuber Wassertassen mit einem Durchmesser von zirka 50 m abgedichtet ist, bei einem Etagenofen, der nur kleine Abdichtungen an der Antriebswelle hat, sehr einfach zu realisieren. In einem solchen Fall musse Druckschleusen fOr die Eingabe und die Ausfuhr von Material vorgesehen werden.

Im folgenden wird nun eine Ausgestaltung der Erfindung anhand der beiliegen- den Figuren beschrieben. Es zeigen : Fig. 1 : einen Schnitt durch einen Etagenofen zur Herstellung von direkt redu- ziertem Eisen, Fig. 2 : einen Schnitt durch eine alternative Ausführung eines Etagenofens zur Herstellung von direkt reduziertem Eisen.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Etagenofen 10, der mehrere-in diesem Fall elf-übereinander liegende Etagen 12 aufweist. Diese freitragen- den Etagen 12, sowie der Mantel 14, Deckel 16 und der Boden 18 des Ofens sind aus feuerfestem Material.

In der Mitte des Ofens ist eine Welle 20 angebracht, an der Rechen 22 befe- stigt sind, die tuber die jeweiligen Etagen ragen.

Die Rechen 22 sind so ausgelegt, daß sie das Material auf einer Etage spiral- förmig von innen nach außen und dann auf der darunterliegenden Etage von außen nach innen walzen, um so das Material von oben nach unten durch den Ofen zu transportieren.

Das Erz kann entweder getrennt oder zusammen mit den Reduktionsmitteln in den Ofen eingetragen werden. Dabei kann das Erz aufierhalb des Ofens getrocknet werden und mit den Reduktionsmitteln vermischt werden und gemeinsam auf die oberste Etage aufgetragen werden, das Erz und die Reduktionsmittel können aber auch getrennt in den Ofen eingebracht werden und auf der ersten Etage und/oder auf eine der daruntergelegenen Etagen mit den Reduktionsmitteln in Kontakt gebracht werden.

Nachdem das Erz auf die erste Etage aufgetragen ist, wird es von den Rechen 22 umgewälzt und zum Rand der Etage befördert, von wo es durch mehrere <BR> <BR> <BR> hierfür vorgesehene Offnungen auf die darunterliegende Etage fallt. Von dort wird das Erz zur Mitte der Etage befördert und fallut dann auf die darunterliegen- de Etage. Wahrend dieser Zeit wird das Erz durch den Kontakt mit der Etage und den aufsteigenden warmen Gasen auf ungefähr 600°C bis 1000°C erhitzt.

Die Welle 20 und die Rechen 22 sind luftgekühit und an den Rechen sind Öffnungen 24 vorgesehen, durch die die Luft in das Innerve des Ofens strömen kann und dort zur Nachverbrennung genutzt werden kann.

Im Deckel 16 des Ofens 10 ist ein Abzug 26 vorgesehen, durch den die Gase aus dem Ofen evakuiert werden können und eine Offnung 28, durch die das Erz auf die oberste Etage aufgetragen werden kann.

In den Seitenwanden des Ofens 10 ist-normalerweise im oberen Drittel- mindestens eine Einlaßöffnung 30 angebracht, durch die Reduktionsmittel in den Ofen eingetragen werden können. Diese Reduktionsmittel können sowohl gasförmig als auch in flüssiger oder fester Form vorliegen. Bei den Redukti- onsmitteln handelt es sich um Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Erdgas, Erdöl und Erdölderivate, oder um feste Kohlenstofftrager, wie z. B. um Braunkohlekoks, Petrolkoks, Hochofenstaub, Kohle, o. ä.. Der Kohlenstoffträger, der auf eine weiter unten im Ofen 10 liegende Etage eingebracht wird, wird dort durch die Rechen 22 mit dem erhitzten Erz vermischt. Durch die hohe Temperatur und durch die Gegenwart von Kohlenmonoxid wird das im Erz enthaltene Eisenoxid wahrend des Transportes durch den Etagenofen 10 nach und nach zu metalli- schem Eisen reduziert.

In der unteren Halte der Seitenwand sind Düsen 32 zum Einblasen von heu zen (350°C bis 500°C) sauerstoffhaltigen Gasen vorgesehen, durch die man Luft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gas in den Ofen 10 eingeben kann. Durch die hohen Temperaturen und durch die Gegenwart von Sauerstoff verbrennt ein Teil des Kohlenstoffs zu Kohlendioxid, der wiederum mit dem im Überschuß vorhandenen Kohlenstoff reagiert und zu Kohlenmonoxid umgewandelt wird.

Das Kohlenmonoxid reduziert schließlich das Eisenoxid zu metallischem Eisen.

Da diese Reaktion überwiegend endotherm ist, ist es sinnvoll, im unteren Teil des Ofens Brenner 34 anzubringen, die eine gleichbleibend hohe Temperatur in den untersten Etagen des Ofens sicherstellen. Hier können Gas-oder Kohlenstaubbrenner eingesetzt werden.

Diese Brenner 34 können zur Vorheizung und/oder zum Zusatzheizen mit Gas oder Kohlenstaub mit Luft befeuert werden. Durch das Mengenverhältnis zwischen Sauerstoff und Brennmaterial kann ein zusatzliches Reduktionsgas erzeugt werden oder bei Luftüberschuß wird ein Nachverbronnen der Prozef3- gase erreicht. Im Falle einer Kohlenstaubfeuerung kann im Brenner ein tuber- schuss an Kohlenmonoxid erzeugt werden. Bei außenliegenden Brennkammern kann vermieden werden, daß die Asche der verbrannten Kohle in den Ofen gelangt und sich mit dem direkt reduzierten Eisen vermischt. Die Temperaturen in den Brennkammern werden so gewähit, daß die anfallende Schlacke flüssig

abgezogen werden kann und in verglaster Form entsorgt werden kann. Durch die Erzeugung von Kohlenmonoxid wird der Verbrauch an festen Kohlenstoff- tragern im Ofen 10 reduziert und somit auch der Aschegehalt im fertigen Produkt.

In der Seitenwand des Ofens sind auf der Hoche der mittleren Etage Öffnungen 36 vorgesehen, durch die heiße Gase aus dem Ofen entnommen werden können.

In der letzten oder in den beiden letzten Etagen ist die Zugabe eines gasförmi- gen Reduktionsmittels, z. B. Kohlenmonoxid oder Wasserstoff durch spezielle Düsen 37, vorgesehen. In dieser Atmosphäre mit erhöhtem Reduktionspotenti- al kann die Reduktion des Erzes vervollständigt werden.

Anschließend wird das direkt reduzierte Eisen durch den Auslaß 39 im Boden 18 des Ofens 10 zusammen mit der Asche der Reduktionsmittel ausgetragen.

Durch die kontrollierte Eingabe von festen, flüssigen und gasförmigen Redukti- onsmitteln und von sauerstoffhaltigen Gasen an verschiedenen Stellen des Etagenofens 10 und durch die Möglichkeit, überschüssige Gase an kritischen Stellen abzusaugen, ist es möglich, die Reduktion des Erzes genau zu kontrol- lieren und das Verfahren unter optimalen Bedingungen durchzuführen.

Die Fig. 2 zeigt einen dem in der Fig. 1 dargestellten sehr ähnlichen Eta- genofen 10.

Dieser Ofen 10 erlaubt es, zusatzlich zur Herstellung von direkt reduziertem Eisen, auch noch verschiedene Problemabfalle, wie z. B. kontaminierte eisen- haltige Stäube zu verwerten.

So können kontaminierte eisenoxidhaltige Stäube aus Elektro-oder Konverter- stahlwerken, die ja kaum Kohlenstoff enthalten, zusammen mit dem Erz durch die Öffnung 28 im Deckel 16 in den Etagenofen 10 eingegeben werden.

Eisenoxidhaltige Staube, die Kohlenstoff in größeren Mengen enthalten, wie z. B. ölhaltige Rückstände aus den Walzwerken oder Staub bzw. Schlamm aus der Abgasreinigung von Hochöfen, können durch eine spezielle Offnung 31 in den Ofen 10 eingebracht werden.

Da diese kohlenstoff-und eisenoxidhaltigen Produkte oft durch Schwermetall verseucht sind, kann man einen Großteil der Gase, die im Ofen nach oben strömen unterhalb der Etage, auf die die kohlenstoffhaltigen Eisenoxidstäube aufgetragen werden, durch einen Absaugstutzen 38 in der Seitenwand aus dem Ofen 10 absaugen und oberhalb dieser Etage durch einen Einlaß 40 wieder in den Ofen 10 einblasen. Dadurch ist die auf der Etage, auf die der Eisenstaub eingebracht wird, vorhandene Gasmenge gering. Die Schwerme- talle, die in dem Eisenstaub enthalten sind, werden unmittelbar nach ihrer Einbringung in den Ofen reduziert und verflüchtigen sich. Sie können dann in einer relativ geringen Gasmenge auf dieser Etage durch einen Auslaß 42 in der Seitenwand aus dem Ofen 10 abgesaugt werden. Das geringe Volumen an Gas mit relativ hohem Gehalt an Schwermetall kann dann getrennt gereinigt werden. Durch die geringen Abgasmengen ergeben sich auf den entsprechen- den Etagen niedrige Gasgeschwindigkeiten und so wird wenig Staub mit diesem Abgas ausgetragen. Dadurch ergibt sich eine sehr hohe Schwermetall- konzentration im Abgas.

Das in den Stäuben enthaltene Eisenoxid wird mit dem eingegebenen Erz zu Eisen reduziert.

ZEICHENLISTE Etagenofen 10 Etagen 12 Mantel 14 Deckel 16 Boden 18 Welle20 Rechen 22 Öffnungen 24 im Rechen 22 Abzug26 Offnung 28 fOr das Erz Einlaßöffung 30 fOr die feste Reduktionsmittel Öffnung31 Düsen 32 zum Einblasen von heißen sauerstoffhaltigen Gasen Brenner 34 Öffnungen 36 durch die heiße Gase aus dem Ofen entnommen werden können Düsen 37 für gasförmiges Reduktionsmittel Absaugstutzen 38 Einlaß40 Auslaß 42