Reduction and carburization of iron-ore in a fluidized bed by CO, H2and CH4

Abstract

The reduction and carburization of fine iron-ore (100 - 200 μm, Fe2O3 mass content of 98%) by gas mixtures containing CO, H2 and CH4 was investigated in a fluidized bed at temperatures of 400 up to 700°C. In this temperature range carbon is formed from CO via the Boudouard reaction as well as by the decomposition of methane. Yet, both reactions only occur in the presence of metallic iron and therefore only at reduction degrees of the DRI (direct-reduced iron) of more than 33%. As a contribution to the development of a DRI process without a costly hot briquetting, the influence of the C- and O-content of the DRI on its tendency to reoxidize was also investigated by means of the ignition point method. It was found that reoxidation (at 20°C) of a totally reduced DRI can be suppressed by carbon mass contents of more than 7%. With decreasing reduction degrees, this value decreases, until for reduction degrees of less than 80% no carbon is needed to suppress reoxidation. With regard to the final reduction of the DRI in the electric arc furnace, the molar C to O ratio should be one. The maximal reduction degree is then about 86% to stabilize carbon rich DRI (C mass content of 4%) against reoxidation. Die Reduktion von Feinerz (100 - 200 μm, Fe2O3 Massengehalt von 98%) mit CO-, H2- und CH4-haltigen Gasgemischen wurde in einer Wirbelschicht bei Temperaturen von 400 bis 700 °C untersucht. In diesem Temperaturbereich wird das Erz nicht nur reduziert, sondern es bildet sich -durch die Boudouard-Reaktion bzw. durch die Spaltung von Methan- aus CO Kohlenstoff. Beide Reaktionen laufen allerdings nur in Anwesenheit von metallischem Eisen ab und damit erst bei Reduktionsgraden über 33%. Als Beitrag zur Entwicklung eines Verfahrens zur Erzeugung eines Eisenschwamms, der nicht aufwendig brikettiert werden muß, wurde auch die Reoxidationsneigung des Eisenschwamms in Abhängigkeit von seinem C- und O-Gehalt durch die Bestimmung der Zündtemperatur untersucht. Dabei zeigte sich, daß zur Unterdrückung der Reoxidation (bei 20 °C) von vollständig reduziertem Erz ein C-Massengehalt von mehr als 7% notwendig ist. Mit abnehmendem Reduktionsgrad sinkt der notwendige C-Gehalt ab, bis bei Reduktions-graden von weniger als 80% kein Kohlenstoff mehr zur Unterdrückung der Reoxidation nötig ist. Im Hinblick auf die Endreduktion des Eisenschwamms im Elektrolichtbogenofen sollte das Molverhältnis C:O eins betragen. Der maximale Reduktionsgrad ist dann etwa 86%, um eine Reoxidation des kohlenstoffreichen Eisenschwamms (C-Massengehalt von 4%) zu verhindern.