<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Gewinnung von Eisenschwamm.
Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Gewinnung von Eisensehwamm aus einer vorgewärmten Mischung von Erz und festem Brennstoff bei Temperaturen, die unterhalb der Schmelztemperatur der Erze liegen, das darin besteht, dass die für die Durchführung der Reduktion notwendige Wärmeenergie der durch höheres Vorerhitzen oder durch den elektrischen Strom erzeugten fühlbaren Wärme des beigemischten Brennstoffes entnommen und durch Bewegen des Beschickungsgutes in demselben gleichmässig verteilt wird.
Beim Erhitzen einer Mischung von Erz und Brennstoff auf normale Art und Weise beginnt bei einer bestimmten Temperatur an den Berührungsstellen zwischen Brennstoff und Erz der Abbau der Metalloxyde. Die Reaktionsgeschwindigkeit und der Reduktionsgrad sind dabei in erster Linie von der Grösse der Brührur. gsoberflä0Le und damit von der Korngrösse von Erz und Brennstoff abhängig. Die bei der Berührung von Erz und Brennstoff entstehenden Gase helfen wohl auch bei der Reduktion mit ; diese Mithilfe ist aber ausserordentlich klein, so dass ihrerseits nur mit einer recht kleinen Reduktionsgeschwindigkeit zu rechnen ist und der Reduktionsprozess auch nicht als Gasreduktion, sondern in der Hauptsache als eine Reduktion mittels festen Kohlenstoffes angesehen werden muss.
Das bei der Berührung von Erz und Brennstoff entstehende Eisen bildet eine schützende Hülle um den Kern des Stückes, so dass eine weitere Reduktion nur dadurch eintreten kann, dass diese Eisenhülle vom Brennstoff Kohlenstoff aufnimmt und dieser erst wieder durch Diffusion eine weitere Reduktion der Kernmasse bewirkt. Durch diese starke Kohlenstoffaufnahme verschlechtert sich nicht nur die Qualität des Eisens, sondern auch der Reduktionsgrad wird bei diesem Reduktionsprozess ein ungenügender, es sei denn, dass Erz und Brennstoff in weitgehendem Masse zerkleinert und ihre Mischung brikettiert wird, was aber wieder mit hohem Kostenaufwand verbunden ist.
Auf Grund dieser Erkenntnisse ist man daher dazu übergegangen, Eisenschwamm hauptsächlich durch reine Gasreduktion (mittels Durchblasens heisser Gase durch die Erze) herzustellen. Dieser Methode haftet aber vor allem der Mangel an, dass nur Gase, die nahezu frei von Kohlensäure und Wasser sind, verwendet werden dürfen, deren Erzeugung auch mit einem bedeutenden Energie-und Kostenaufwand verbunden ist. Ein weiterer Nachteil dieses reinen Gasreduktionsverfahrens besteht noch darin, dass die Temperatur in den einzelnen Reduktionszonen nicht dem jeweiligen Energieerfordernis entsprechend eingestellt werden kann, da die Gase Wärmeträger sind und in den einzelnen Zonen nicht weiter beeinflusst werden können.
Erfindungsgemäss kann nun auch bei Anwendung einer Mischung von festem Brennstoff und Erz eine vollständige Gasreduktion erzielt werden, wenn nur dafür gesorgt wird, dass die bei der Reduktion entstehende Kohlensäure sofort wieder in Kohlenoxyd übergeführt wird. Dies wird dadurch ermöglicht, dass der Brennstoff als Wärmeenergieträger und Wärmeübermittler ausgenutzt wird.
Wie früher erwähnt, war bei den bisherigen Reduktionsprozessen mit Erz-Brennstoff-Mischungen eine vollständige Reduktion der Erze nur dann möglich, wenn das entstandene Eisen bis zum Roheisen aufgekohlt wurde. Durch zahlreiche Versuche konnte festgestellt werden, dass beim vorliegenden Verfahren trotz Anwendung von Erz-Brennstoff-Mischungen bei praktisch vollkommener Reduktion der Erze der Kohlenstoffgehalt im Eisen nicht höher war als bei einem Eisenschwamm, der durch reine Gasreduktion hergestellt wurde. Es handelt sich demnach bei vorliegender Erfindung um ein Gasreduktionsverfahren.
Um bei einer Mischung von Erz und Brennstoff den Brennstoff als Wärmeenergieträger und Wärme- übermittler dienstbar zu machen, wird der Brennstoff schon im vorhinein hoch überhitzt, u. zw. so hoch, dass sein Wärmeinhalt ausreicht, um den Wärmebedarf des Reduktionsprozesses zu decken. Für die praktische Ausbildung dieses Verfahrens ist es zweckmässig, dem Brennstoff nicht auf einmal den ganzen Wärmeinhalt zu geben. Es kann dies z. B. in der Weise durchgeführt werden, dass die Korngrösse des Erzes grösser gewählt wird als die des Brennstoffes ; durch entsprechende Ausbildung der Reduktioneinrichtung-z. B. mit Sieben-kann das Erz vom Brennstoff getrennt werden, der nun wieder für sich erhitzt und von neuem dem teilweise reduzierten Erz zugeführt werden kann.
Eine andere Möglichkeit, dem Brennstoff im Verlaufe des Prozesses noch Wärme zuzuführen, besteht darin, dass die Mischung von Erz und Brennstoff der Wirkung elektrischer Ströme ausgesetzt wird. Wenn auf diese Mischung z. B. hochfrequente Ströme wirken, gelingt es infolge der ausserordentlich
EMI1.1
von 1 cm bei Erz 25 xl06, bei Koks 0'046 Ohm, den Brennstoff für sich allein zur Rotglut zu bringen, während das Erz noch dunkel erscheint. Es kann also, auch ohne dass Erz und Brennstoff im Verlaufe des Prozesses getrennt werden müssen, durch die Wirkung von elektrischen Strömen dem Brennstoff allein Wärme zugeführt werden.
Durch die Berührung des heissen Brennstoffes mit dem Erz entsteht Kohlenoxyd und weiterhin Kohlensäure ; letztere wird nun durch die Wärme, die durch die Konzentration der elektrischen Energie auf den Brennstoff in diesem entstanden ist, sofort wieder in Kohlenoxyd übergeführt, ohne dass das Erz übermässig erhitzt wird.
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
Einschaltung der Beschickung als elektrischer Widerstand in einen Stromkreis erreicht. In diesen Fällen ist es aber notwendig, dass die Beschickung zuerst elektrisch leitend gemacht wird, weil eine Mischung aus Erz und Brennstoff bei dem geringen, für die Reduktion notwendigen Brennstoffaufwand nicht leitend ist.
Dies wird erreicht, indem entweder das Erz oder der Brennstoff oder die Mischung beider vorerst auf hohe Temperatur gebracht wird, wobei die kritische Temperatur des Erzes, d. i. jene Temperatur, bei welcher das Erz ziemlich plötzlich eine bessere Leitfähigkeit erhält, von massgebender Bedeutung ist.
Die steirischen Erze z. B. erreichen diesen Punkt bei etwa 600 C, bei welcher Temperatur der elektrische
Widerstand nur mehr 800 Ohm gegenüber 25 x 106 Ohm bei einer Temperatur von 170 C beträgt.
Eine Vorwärmung der Beschickung bis auf Reaktionstemperatur vor der eigentlichen Zuführung von Reduktionsenergie wird zwar bei jedem kontinuierlichen Prozess, der wärmewirtschaftlich durch- gebildet ist, angewendet. Beim vorliegenden Verfahren aber spielt die Vorwärmung der Beschickung nicht nur eine wirtschaftliche Rolle, sondern ist eine Vorbedingung für das Gelingen des Verfahrens, weil ohne Vorwärmung ein genügender Stromfluss nicht erreicht werden kann.
Bei allen Reduktionsprozessen spielen die Gleiehgewiehtsverhältnisse zwischen den Reaktions- stoffen (FeOg-FegO-FeO-Fe-CO-CO und C) in Verbindung mit den Temperaturen, dem Energie- bedarf und der sich aus der Energiezufuhr ergebenden Reaktionsgeschwindigkeit eine wichtige Rolle.
Beim vorliegenden Verfahren gleichen sich nun Verschiebungen der Gleichgewichtslage von selber aus.
Ist nämlich die Energiezufuhr grösser als sie der Gleichgewichtslage entspricht, so wird bei diesem Verfahren der Brennstoff eine höhere Temperatur annehmen als das Erz und damit das Gleichgewicht in die Richtung der erhöhten Kohlenoxydbildung und damit der Bildung von metallischem Eisen verschoben, welche
Reaktion aber bedeutend mehr Energie erfordert und derart das Temperaturgleichgewicht wieder her- stellt. Dadurch wird gleichzeitig der Vorteil erreicht, dass die Mischung aus Erz und Brennstoff das
Bestreben hat, von selbst die Temperatur anzunehmen, die für die Reduktion am günstigsten ist.
Für die praktische Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäss weiter von besonderer
Wichtigkeit, dass sich die Mischung aus Erz und Brennstoff relativ zur Stromrichtung in Bewegung befindet.
Ist dies nämlich nicht der Fall, so bilden sich sehr rasch Wege, die vom Strom bevorzugt werden, so- genannte Kriechweg, an welchen die Mischung zum Schmelzen kommt, während sie an andern Stellen kalt bleibt. Für die Herbeiführung einer Relativbewegung ist es gleichgültig, ob die Beschickung oder das Stromfeld sich bewegt.
Der Abbau der Eisenoxyde erfolgt nicht auf einmal, sondern stufenweise und in diesen Reduktions- stufen jeweils mit verschiedenem Energiebedarf. Auch das entstandene Gas ist je nach dem Reduktions- grad von verschiedener Zusammensetzung. Um sich diesen Verhältnissen bei der Reduktion besser an- passen zu können, ist es vorteilhaft, die Reduktion nicht in einer einzigen Reduktionsvorrichtung, sondern in mehreren, bezüglich der Wärmeenergiezufuhr unabhängig voneinander regelbaren Reduktionsvor- richtungen durchzuführen. Auf diese Weise kann der Prozess hinsichtlich Energieangebot und-nachfrage besser beherrscht und auch das entstandene Gas möglichst gut ausgenutzt werden.
PATENT-ANSPRUCHE :
1. Verfahren zur Gewinnung von Eisensehwamm aus einer vorgewärmten Mischung von Erz und festem Brennstoff bei Temperaturen, die unterhalb der Schmelztemperatur der Erze liegen, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Durchführung der Reduktion notwendige Wärmeenergie der durch höheres Vor- erhitzen oder durch den elektrischen Strom erzeugten fühlbaren Wärme des beigemischten Brennstoffes entnommen und durch Bewegen des Beschickungsgutes in demselben gleichmässig verteilt wird.