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Verfahren und Vorrichtung zum Reduzieren von Erzen durch unmittelbare Einwirkung leicht spalt- barer Kohlenwasserstoffe auf das erhitzte Gut.
Die Erhitzung von metallurgischen Öfen, z. B. Reduktionskammern, Metallschmelzöfen, Kupol- öfen, Darröfen od. dgl. erfolgt bekanntlich durch Beschicken derselben mit Koks, Ölen oder andern Stoffen, die auch chemische Vorgänge, wie Reduktion, Kohlung usw., bewirken. Insbesondere werden bei festen oder drehbaren Reduktionskammern gewöhnlich Ölbrenner zur Erhitzung verwendet, die das Brennöl mittels Druckluft in die Kammer einspritzen. Um die Reduktionstemperatur in einer solchen Kammer zu erreichen und aufrechtzuerhalten, ist bekanntlich ein Luftüberschuss erforderlich, der aber gerade in Reduktionskammern von Nachteil ist, da er das bereits reduzierte Metall neuerlich oxydiert und so den Reduktionsprozess teilweise rückgängig macht.
Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reduzieren von Erzen durch unmittelbare Einwirkung leicht spaltbarer Kohlenwasserstoffe auf das durch Verbrennung der gas-
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und die zur Verbrennung der brennbaren Spaltprodukte dennoch nötige Luft erfindungsgemäss derart eingeführt, dass sie den Reduktionsprozess nicht beeinträchtigen kann.
Die durch Erhitzung der Reduktionskammer oder des Ofens bewirkte Reduktion zerfällt der Reihe nach in folgende Teilvorgänge : Die Einführung eines Kohlenwasserstoffes oder eines solche enthaltenden Stoffes mit Hilfe einer wassergekühlten FördervolTichtung, hierauf die Spaltung des Kohlenwasserstoffes in naszierenden Kohlenstoff und andere brennbare Spaltprodukte. Diese Spaltung des Kohlenwasserstoffes kommt durch seinen Kontakt mit dem auf Reduktionstemperatur vorerhitzten Gut zustande, wobei der naszierende Kohlenstoff die Reduktion der Erze, Oxyde od. dgl. besorgt. Endlich erfolgt die Verbrennung der andern brennbaren Spaltprodukte mit Hilfe von getrennt in die Spaltzone eingeführter Luft, wodurch die Reduktionstemperatur aufrechterhalten wird.
Die Zeichnung stellt beispielsweise Reduktionskammern als Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dar.
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Reinigungsvorrichtung für die Zuführungsstutzen nach Fig. 2, Fig. 5 einen senkrechten Querschnitt durch den Hohlträger mit den Zuführungsrohren für Kohlenwasserstoffe und einem Zuführungsstutzen
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Reduktionskammer nach Fig. 1, Fig. 7 einen Querschnitt durch eine Reduktionskammer mit den Rohrstutzen zur Einführung der Verbrennungsluft und Fig. 8 ein Ende einer Reduktionskammer oder eines andern metallurgischen Ofens im Längsschnitt mit eingebauter Vorwärmevorrichtung.
Die Reduktionskammer ist als drehbares Rohr 1 mit Öffnungen 2 und 3 an dessen Enden aus-
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Das Beschicken der Reduktionskammer mit dem der Länge nach in der Kammer aufgeschütteten Gut 5 erfolgt durch die Öffnung 2 mit Hilfe einer abscl1iissigen Rinne 6, eines beispielsweise waagrechten oder annähernd waagrechten Verbindungsrohres 7 und einer Förderschnecke 8 od. dgl. Diese Beschickungsvorrichtung ragt durch einen von einem Wassermantel umgebenen Turm 9, der bekanntlich zur Kon-
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densation der Metalldämpfe und zu deren Trennung von den übrigen gasförmigen Reduktionsprodukten dient.
Zweckmässig durch die Mitte der Redu1. -tionskammer erstreckt sich, in deren Längsrichtung, ein Hohlträger 10, dessen Enden von Stutzen 11 und 12 getragen werden. Durch diesen Hohlträger strömt beständig Wasser, das ihm an einem Ende durch ein Rohr 13 zugeführt, am andern Ende durch ein Ausflussrohr 14 in das Innere des Kondensationsturmes 9 geleitet wird.
In Abständen voneinander und radial zur Achse des Hohlträgers 10 befinden sich Rohrstutzen, deren jeder ein vergleichsweise enges, inneres Rohr 15 aufweist, das mittels der dasselbe in Abstand umschliessenden und bis an sein Ende reichenden Rohre 16 und 17 als Wassermantel gekühlt wird. Das Rohr 17 umschliesst das Rohr JJ vollständig (Fig. 2). Das Innere des Rohres 16 ist mit dem Inneren des Hohlträgers 10 durch eine Einlassöffnung 16a, das Innere des äusseren Rohres 17 durch eine Ausflussöffnung 17a verbunden. Das Wasser fliesst nun aus dem Inneren des Hohlträgers. 10 durch die freien Räume zwischen den konzentrischen Rohren 16 und 17 in der durch Pfeile angedeuteten Richtung (Fig. 2).
Das innere Rohr 15 wird derart ständig verhältnismässig kühl gehalten. Überdies ist auch das äussere Rohr 17 von einem eine beliebige Packung 19 enthaltenden Gehäuse 18 umschlossen.
Die Innenrohre 15 der Stutzen, die offen in die Reduktionskammer ragen, dienen zum Beschicken derselben mit einem bei Erhitzung leicht spaltbaren, verhältnismässig gut gekühlten, flüssigen Kohlenwasserstoff, zu welchem Zm ecke jedes Innenrohr 7J an seinem inneren Ende an ein eigenes Zuführungs- rohr 20 angeschlossen ist, deren jedes durch den Wasserraum im Inneren des Hohlträgers 10, parallel zu dessen Längsachse, reicht. Diese Zuführungsrohre 20 durchdringen den (in Fig. 1) linken Endverschluss des Hohlträgers 10 und sind an ihren ausserhalb der Reduktionskammer befindliehen Enden mit Einlassrohren 21 versehen, die mit dem Hauptbehälter für den Kohlenwasserstoff verbunden sind.
Die wassergekühlten Zuführungsstutzen für die Kohlenwasserstoffe reichen vorzugsweise unter einem von der Senkrechten abweichenden Winkel in die Reduktionskammer (Fig. 5), so dass ihre Auslässe während der Umdrehung der Reduktionskammer immer von der Erzmasse od. dgl. bedeckt sind.
Um die Auslässe der Rohre 15 gegen Verstopfung durch Koks, Verrussung od. dgl. zu schützen, sind darin beispielsweise Stössel 22 vorgesehen, die durch die Mitte jedes solchen Rohres reichend, z. B. mittels Kurbeltriebes 23 periodisch hin und her bewegt werden, der durch eine in der Längsrichtung jedes Zuführungsrohres 20 angeordnete Stange 24 betätigt werden kann, wenn die Stange 24 von ihrem äusseren Ende 25 her in Drehschwingungen oder teilweise Umdrehung versetzt wird.
Auch der wassergekiihlte Hohlträger kann gegen die unmittelbare Wärmestrahlung der Reduktionkammer durch einen Mantel 26 und eine zwischen diesem und dem Hohlträger angeordnete wärme- isolierende Packung geschützt werden.
Mit Hilfe dieser Vorrichtung wird ein flüssiger, leicht spaltbarer Kohlenwasserstoff in wirksamen Kontakt mit dem auf seine Reduktionstemperatur erhitzten Gut gebracht. Infolge des Kontaktes des verhältnismässig kühlen Kohlenwasserstoffes mit dem erhitzten Erz od. dgl. wird der Kohlenwasserstoff an Ort und Stelle gespalten und Kohlenstoff in seiner wirksamsten Modifikation, nämlich als atomischer, naszierender Kohlenstoff erzeugt, der die Reduktion des Erzes od. dgl. bewirkt.
Beim Spalten der Kohlenwasserstoffe entstehen überdies brennbare Gase, die erfindungsgemäss zur weiteren Erhitzung der Erze, Oxyde od. dgl. und zum Aufrechterhalten der Reduktionstemperatur verwertet werden. Dies geschieht durch in die Reduktionskammer in unmittelbare Nachbarschaft der Spaltzone geleitete Luft, deren Menge gerade ausreicht, um vollständige Verbrennung der brennbaren
Gase zu bewerkstelligen, ohne eine oxydierende Atmosphäre in der Reduktionskammer zu erzeugen.
Bei der Anordnung nach den Fig. 1-5 und 7 wird diese Luft durch Rohre 28, welche die Wand der als Drehrohr ausgebildeten Reduktionskammer radial durchdringen, in dieselbe geleitet. Da es wichtig ist, diese Luft von der erhitzten Erzmasse fernzuhalten, ist das ausserhalb des Drehrohres befindliehe Ende jedes der Rohre 28 mit einem Selbstsehlussventil 29 versehen, deren jedes als an einem Seharniergelenk 30 hängende Klappe ausgebildet ist und dessen Öffnung durch einen Ansehlag 31 begrenzt wird. Diese Ventile arbeiten selbsttätig unter der Wirkung ihres Eigengewichtes und jedes derselben bleibt so lange geschlossen, bis die Umdrehung des Drehrohres das zugehörige Rohr 28 in solche Lage bringt, dass seine Austrittsöffnung durch das zu reduzierende Gut reicht (Fig. 7).
In dieser Rohrlage öffnet sich das Ventil selbsttätig, gestattet der Luft einzutreten und befördert durch seine Lage gegenüber den Einlass- öffnungen für den Kohlenwasserstoff die Verbrennung der bei dessen Spaltung an Ort und Stelle entwickelten brennbaren Gase. Während des restlichen Teiles einer Umdrehung hingegen bleibt das Ventil 29 geschlossen.
Bei einer andern Ausführungsform der Erfindung wird die Luft durch verschieden lange Rohre 32 eingeführt, deren Längsachse zu der der Reduktionskammer parallel ist (Fig. 6). Da die Öffnungen dieser Rohre derart angeordnet sind, dass die Luft beim Einströmen von der Erzmasse wegstreicht, ist hier das Anbringen besonderer Ventile überflüssig.
Um die Vorerhitzung des Kammerinneren durchzuführen, ist beispielsweise ein gewöhnlicher Ölbrenner 33 an einem Ende der Kammer oder des Ofens vorgesehen (Fig. 8). Ist die gewünschte Temperatur erreicht, dann wird der Brenner abgestellt und der flüssige Kohlenwasserstoff durch das wassergekühIte Rohr 34 eingeführt. Sobald das Öl das Ende dieses Rohres verlässt, wird es unter Bildung
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brennbarer Dämpfe gespalten. Diese Dämpfe werden mit Hilfe der durch das Lufteinlassrohr eintretenden Luft verbrannt. Wird die Kammer als Erzreduktionskammer verwendet, dann ist das wassergekühlte
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innerhalb der Reduktionskammer oder des Ofens einnehmen zu können.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Reduzieren von Erzen durch unmittelbare Einwirkung leicht spaltbarer Kohlen- wasserstoffe auf das erhitzte Gut, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reduktionsraum an einer oder mehreren Stellen Verbrennungsluft in einer Menge zugeführt wird, die gerade ausreicht, die gasförmigen
Spaltprodukte der Kohlenwasserstoffe ohne Rückoxydation des reduzierten Gutes zu verbrennen.