Table Of ContentFORSCHUNGSBERICHT DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Nr. 2929 /F achgruppe Hüttenwesen/Werkstoffkunde
Herausgegeb•en vom Minister für Wissenschaft und Forschung
Prof. Dr. -Ing. Dipl. -Wirtsch. -Ing. Heinrich-WHhelm Gudenau
Prof. Dr. rer. nat. Winfried Dahl
Dr. -Ing. Heinz Große Daldrup
Dr. -Ing. Dipl. -Wirtsch. -Ing. Detlev Schlebusch
Institut für EiE:enhüttenkunde
der Rhein. -Westf. Techn. Hochschule Aachen
Grundlagenuntersuchungen
zur Verhinderung der Anbackerscheinungen
beim Drehrohrofenreduktionsprozeß
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 1980
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Grundlagenuntersuchungen zur Verhinderung der
Anbackerscheinu en beim Drehrohrofenreduk
tionsprozess Heinrich-Wilhelm Gudenau .•. -
Opladen : Westdeutscher Verlag, 1980,
(Forschungsberichte des Landes Nordrhein
Westfalen ; Nr, 2929 : Fachgruppe Hütten
wesen, Werkstoffkunde)
ISBN 978-3-531-02929-0
NE: Gudenau, Heinrich-Wilhelm [Mitarb.]
© 1980 by Springer Fachmedien Wiesbaden
Ursprünglich erschienen bei Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen 1980
Gesamtherstellung: Westdeutscher Verlag
ISBN 978-3-531-02929-0 ISBN 978-3-663-19667-9 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-19667-9
lill der Gurchführung dieser Arbeit waren die
Herren Dipl.-Ing. A. Janikow, Dipl.-Ing. W.D.
Häusler und Dr.-Ing. K. Kreibich beteiligt.
Sie haben die Forschungsarbeit mit wertvollen
Aussagen und vor allem durch ihren Einsatz bei
der Bewältigung dieses umfangreichen Versuchs
programmes unterstützt.
Die Arbeit wurde durch großzügige Unterstützung
insbesondere durch die Lurgi Chemie und Hütten
technik GrmH sowie durch die Firmen Refratechnik
GmbH, Adolf A. Fleischmann, Didier und Metco
Vertrieb CmbH gefördert.
-V-
Inhalt
1. Einführung in die Problematik der Anback
erscheinungen
2. Ansatzbildung an der feuerfesten Ausmauerung 2
von Drehrohröfen
2. 1 Einführung 2
2.2 Derzei-:ige Maßnahmen zur Ansatzbeseitigung 6
2.3 Physikalische Ursache der Ansatzbildung 6
2.4 Chemische Ursachen der Ansatzbildung 14
2. 4. 1 Betrachtung möglicher Bindemechanismen 1 5
2. 4. 2 Chemische Untersuchungen an Ansatzproben 1 7
2.5 Der Einfluß der Ausmauerungsqualität auf 24
die Ansatzbildung
2. 5. 1 Untersuchung einer industriellen Steinprobe 24
2.5.2 Auswahl der optimalen Ausmauerungsqualität 28
durch Verschlackungstests
2.5.2.1 Tiegelversuche 3o
2.5.2.2 Versuche im Kurztrommelofen 39
2.6 Versuche im Kurztrommelofen zum Einfluß der Be 42
triebsparameter industrieller Drehrohröfen auf
die Ansatzbildung
2. 6. 1 Beschreibung der Versuchsanlagen 42
2.6.2 Versuchsdurchführung und Auswertung 44
- VI -
2. 6. 3 Allgemeine Zeit- bzw. Ortsabhängigkeit 46
der Ansatzbildung
2.6.4 Einfluß der Reduktionstemperatur auf die 48
Ansatzbildung
2.6.5 Einfluß passivierender Zuschläge auf die 55
Ansatzbildung
2.7 Diskussion des I. Teiles 56
3. Agglomeratbildung innerhalb der Beschickung 63
von Drehrohröfen
3. 1 Einführung 63
3.2 Versuche zur Agglomeratbildung in der 64
Drehrohrofenbeschickung
3. 2.1 Beschreibung der Versuchsanlagen 64
3.2.1 .1 Versuchsanlage für kleine Einsatzmengen 64
3.2.1.2 Labordrehrohranlage 66
3. 2. 2 Einfluß der Reduktionstemperatur 66
auf die Agglomeratbildung
3. 2. 3 Einfluß der Reduktionskohleart und -menge 72
auf die Agglomeratbildung
3.2.3.1 Cfix/Fe-Verhältnis 72
3.2.3.2 Reaktivität der Kohlen 76
3.2.3.3 Flüchtige Bestandteile 79
3.2.3.4 Aschebestandteile in der Reduktionskohle So
3.2.4 Einfluß der Erzeigenschaften auf die 81
Agglomeratbildung
3.2.4.1 Korngröße 82
- VII -
3.2.5 Diskussion des II. Teiles 83
4. Zusamnenfassung 89
5. Literaturnachweis 92
6. Anhang 95
- 1 -
1. Die Problematik der Anbackerscheinungen bei der
Drehrohrofendirektreduktion
Die Zukunftsperspektive der Direktreduktion wurde in einer kürz
lich veröffentlichten Studie behandelt und darin für das Jahr
198o eine Produktion von etwa 31,98 Millionen Jahrestonnen
Stahl über diesen Weg prognostiziert(1}.
Hierbei wird die Reduktion von Eisenerzen im Drehrohrofen eine
bedeutende Rolle spielen. Dementsprechend stellt sich für Anla
genhersteller und -betreiber die Forderung nach größtmöglicher
Wirtschaftlichkeit der Aggregate.
Neben dem Einsatz von minderwertigen, nicht verkakbaren Kohlen
hoher Reaktivität sowie von bestimmten, unagglornerierten Feiner
zen als besonders preisgünstigen Einsatzstoffen gehört das In
teresse den bei~riebsbedingten Stillstandszeiten der Anlagen,wel
che die Verfügbarkelt und damit das Produktionsvolumen stark
beeinflussen. Stillstände können durch die Bildung von Ansätzen
an der feuerfesten Ausmauerung auftreten. Diese Ansätze können
bei unkontrolliertern Wachsturn über die Betriebsparameter den
Ablauf des Prozesses beeinträchtigen.
In schweren Fällen kommt es zur Stillsetzung der Anlage. Allge
mein besteht de:r in Bild 1 gezeigte empirische Zusammenhang zwi
schen der Verfügbarkelt und Leistung von Drehrohren.
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Bild 1: {m/ 4,6 DURCHMESSER 5.8
- 2 -
Die derzeit angewendeten Maßnahmen zur Ansatzbeseitigung,wie
Einsatz von Räumgeräten im Austragsteil, Abschießen mit Blei
geschossen und Absprengen nach dem Druckgasverfahren,müssen
unbefriedigend bleiben, solange es möglich sein könnte, die Bil
dung von Ansätzen von vornherein zu vermeiden bzw. entscheidend
einzuschränken.
2. Ansatzbildung an der feuerfesten Ausmauerung von
Drehrohröfen
2.1 Einführung
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich angesichts der sehr ge
ringen Zahl bereits vorliegender Untersuchungsergebnisse zumeist
empirischer Art mit dem Auffinden und Werten der zur Ansatzbil
dung führenden Einzelmechanismen im Drehrohrofenprozess sowie
sich anbietenden Möglichkeiten zu deren Verhinderung.
Bild 2 zeigt einen Wandbelag als Ansatzring in einem Drehrohr
ofen.
Bild 2: Ansatzring im Direktreduktions-Drehrohrofen
Bei einer Temperatur innerhalb der Ofenbeschickung von 1000°C
bis 1100°C führt bei intensiver Durchmischung von Erz und Kohle
die gekoppelte Reaktion
- 3 -
Fe 0 + CO
n m
+ c 2 CO
eine Reduktion und ständige Neubildung von CO trotz Abströmens
in den freien Gasraum und Verbrennung mit Luftüberschuß herbei(2).
Innerhalb der Beschickung des Ofens herrscht also eine reduzie
rende Atmosphäre, im Gasraum liegen oxidierende Verhältnisse vor.
Die Ofenwand selbst ist einem ständigen Wechsel bezüglich der
Atmosphären unterworfen.
Arakawa(3) beschreibt sowohl Sintererscheinungen innerhalb der
Beschickung als auch Anbackungen zwischen Beschickung und Ofen
wand. Er führt aus, daß in Brennernähe die Beschickungsoberflä
che überhitzt wird, wobei es zu einer Bildung flüssiger Phasen
aus der Gangart kommt. Reoxidationsvorgänge an den Beschickungs
bestandteilen f}hren speziell bei Oxidation von metallischem
Eisen zu Wüstit zu einem ähnlichen Effekt. Das Auftreten von
Wüstit hat bezüglich der übrigen Gangartkomponenten eine Schmelz
punkterniedrigung zur Folge. Zusätzlich führt die freiwerdende
Oxidationswärme zu einer weiteren Überhitzung in dem betroffenen
Beschickungsbereich.
Die Drehrohrofenfland wird während einer Umdrehung des Ofens wäh
rend ca. einem Viertel der Umdrehungszeit von der Beschickung
bedeckt und befindet sich in der restlichen Zeit in Kontakt mit
den oxidierenden Heizgasen. Für die Bildung von Ansätzen ist
nach Arakawa der beschriebene Wechsel der Ofenatmosphäre mit den
dabei ablaufenden Reaktionen verantwortlich.
Eine auf der Wand anhaftende Schicht aus feinkörnigen Beschik
kungsbestandteile~• wird nach Verlassen der reduzierenden Umge
bung durch die um bis zu 200°C heißeren Gase oxidiert. Die Auf
heizung durch die Ofengase, verbunden mit eventuell freiwerden
den Oxidationswärmen, führt zu einer Aufschmelzung der anhaften
den Schicht und durch das Vorhandensein von Wüstit zur Bildung
niedrigschmelzender Eutektika zwischen CaO I Sio2 I FeO I Al203I
Gangart.
An der mit Schmelzfluß überzogenen Wandfläche kleben beim Wie
dereintauchen der Ofenwand unter die Beschickung weitere Parti
kel fest. Die Ofenwand wird durch den Kontakt mit der Beschik
kung abgekühlt, wobei die Viskosität der flüssigen Phase steigt
